在光子學(xué)領(lǐng)域中，將多個(gè)光學(xué)器件集成到單個(gè)基板上具有廣泛的應(yīng)用前景。這種革命性的方法，被稱為光子集成，包括減小尺寸、降低成本和功耗等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。在光子學(xué)的主要集成技術(shù)中，有兩種技術(shù)最為突出：基于磷化銦(InP)的光子集成技術(shù)和單片硅光子技術(shù)。每種技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

基于InP的光子集成被廣泛認(rèn)為是一種可靠且全面的有源-被動(dòng)平臺(tái)。然而，它在產(chǎn)量和基板尺寸方面面臨限制。另一方面，單片硅光子學(xué)具有出色的無(wú)源性能、對(duì)溫度不敏感的調(diào)制器以及與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）制造的兼容性。然而，缺乏光源阻礙了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。

令人興奮的是，研究人員提出了一種突破性的有源-無(wú)源光子集成方案，展示了一種非凡的光子集成電路芯片。

基于硅基氮化鎵平臺(tái)的有源-無(wú)源功能的光子集成。

據(jù)Advanced Photonics Nexus報(bào)道，該芯片結(jié)合了光源，調(diào)制器，光電二極管（將光轉(zhuǎn)換為電流的器件），波導(dǎo)（光傳播的通道）和Y分支分路器，所有這些都基于硅上氮化鎵（GaN）平臺(tái)。這種方法的不同之處在于，所有有源器件（包括光源、調(diào)制器和光電二極管）都基于相同的紫外 InGaN/AlGaN 多量子阱 （MQW） 結(jié)構(gòu)構(gòu)建。這一獨(dú)特功能大大降低了制造復(fù)雜性和成本。

為了實(shí)現(xiàn)這一概念，研究人員設(shè)計(jì)了基于硅基氮化鎵平臺(tái)的光子集成電路芯片，利用通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的III氮化物外延層。這種自上而下的單片方法在傳統(tǒng)的硅基氮化鎵晶圓上構(gòu)建III氮化物發(fā)射器、調(diào)制器、波導(dǎo)、分束器、接收器和監(jiān)視器，不涉及再生或生長(zhǎng)后摻雜。

研究人員從各個(gè)角度對(duì)所得芯片進(jìn)行了廣泛的表征，以驗(yàn)證這種創(chuàng)新光子集成方案的有效性。主要結(jié)果表明，施加到調(diào)制器的較高反向偏置電壓會(huì)導(dǎo)致光吸收增加，這是由吸收系數(shù)變化引起的。

這種獨(dú)特的調(diào)制效應(yīng)反映在接收器的光電流變化中。測(cè)試系統(tǒng)顯示串?dāng)_可以忽略不計(jì)，并且通過(guò)p接觸層分離實(shí)現(xiàn)的同一波導(dǎo)上的光源和調(diào)制器之間的隔離被證明足以實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)性能。

該系統(tǒng)使用光成功傳輸和處理數(shù)據(jù)。通過(guò)在單個(gè)光路內(nèi)采用直接和間接調(diào)制，研究人員同時(shí)傳輸兩種類型的數(shù)據(jù)，或者將一個(gè)調(diào)制信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸與另一個(gè)調(diào)制加密。

南京郵電大學(xué)Peter Grünberg研究中心的實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人和高級(jí)通訊作者Yongjin Wang說(shuō)：“展望未來(lái)，隨著III氮化物刻蝕精度的進(jìn)一步發(fā)展，所提出的集成方案作為下一代光子集成的競(jìng)爭(zhēng)解決方案具有巨大的潛力，特別是在傳感領(lǐng)域，高集成密度不是關(guān)鍵要求�！�

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