氮化物光電器件以其工藝可兼容和波長(zhǎng)可調(diào)等顯著優(yōu)勢(shì)，在片上光通信集成系統(tǒng)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注，基于氮化物材料的多功能光電器件的同質(zhì)集成為構(gòu)建復(fù)雜可靠的片上光網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)提供了機(jī)會(huì)，大規(guī)模氮化物光子集成電路（PIC）的快速發(fā)展將促進(jìn)片上光通信集成技術(shù)的更新迭代。然而，相比于成熟的硅基集成電路（IC）的蓬勃發(fā)展，氮化物PIC光通信技術(shù)的研究起步較晚，性能亟需提升。
近日，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所寬禁帶半導(dǎo)體研發(fā)中心王軍喜、魏同波研究員團(tuán)隊(duì)，與復(fù)旦大學(xué)沈超研究員、沙特國(guó)王科技大學(xué)李曉航副教授合作，制備出氮化物片上日盲光通信集成器件，并搭建了可以實(shí)時(shí)傳輸視頻信號(hào)的片上光通信集成系統(tǒng)。集成器件在30 A/cm2的低電流密度下-3 dB通信帶寬提高到451 MHz，集成波導(dǎo)的光學(xué)限制提高了51.9%，自驅(qū)動(dòng)集成探測(cè)器表現(xiàn)出6.51×105的高開(kāi)關(guān)比（PDCR）和73.3 A/W的響應(yīng)度，集成系統(tǒng)展示了200 Mbps的片上光通信速率和納秒級(jí)的瞬態(tài)響應(yīng)能力（圖1），充分體現(xiàn)了氮化物光子集成系統(tǒng)在片上光通信領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
該研究成果以“III-Nitride Micro-Array Integration for Photon Transceiver”為題，發(fā)表于《激光與光子學(xué)評(píng)論》（Laser & Photonics Reviews）。半導(dǎo)體所博士生何瑞為論文第一作者，半導(dǎo)體所魏同波研究員、復(fù)旦大學(xué)沈超研究員和沙特國(guó)王科技大學(xué)李曉航副教授為論文共同通訊作者，該工作也得到了半導(dǎo)體所陳雄斌研究員的幫助與大力支持。
此外，研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)邀在《應(yīng)用物理評(píng)論》（Applied Physics Reviews）上發(fā)表題為“III-Nitride-based Monolithic Integration: From Electronics to Photonics”的綜述論文（Appl. Phys. Rev. 2025 ,12 ,021301）。該論文系統(tǒng)探討了III族氮化物在微電子、光子與光電領(lǐng)域的單片集成技術(shù)，不同功能模塊在同一晶圓上有效集成，將消除冗余外接元件引起的寄生效應(yīng)，增強(qiáng)系統(tǒng)魯棒性并節(jié)省器件面積，III族氮化物單片集成技術(shù)將在光電混合IC中獲得重要應(yīng)用。半導(dǎo)體所碩士生宋一健作為第一作者，半導(dǎo)體所魏同波研究員為通訊作者。
圖1 AlGaN基Mini -MQWs結(jié)構(gòu)集成系統(tǒng)的片上測(cè)試結(jié)果及與當(dāng)前已發(fā)表的氮化物集成器件傳輸速率的對(duì)比
（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所）
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