在光子學(xué)領(lǐng)域中，將多個光學(xué)器件集成到單個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。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)都有其獨特的優(yōu)點和缺點。

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-被動平臺。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)具有出色的無源性能、對溫度不敏感的調(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的有源-無源功能的光子集成。

據(jù)Advanced Photonics Nexus報道，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。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。這一獨特功能大大降低了制造復(fù)雜性和成本。

為了實現(xiàn)這一概念，研究人員設(shè)計了基于硅基氮化鎵平臺的光子集成電路芯片，利用通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積生長的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，不涉及再生或生長后摻雜。

研究人員從各個角度對所得芯片進(jìn)行了廣泛的表征，以驗證這種創(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導(dǎo)致光吸收增加，這是由吸收系數(shù)變化引起的。

這種獨特的調(diào)制效應(yīng)反映在接收器的光電流變化中。測試系統(tǒng)顯示串?dāng)_可以忽略不計，并且通過p接觸層分離實現(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)。通過在單個光路內(nèi)采用直接和間接調(diào)制，研究人員同時傳輸兩種類型的數(shù)據(jù)，或者將一個調(diào)制信號的數(shù)據(jù)傳輸與另一個調(diào)制加密。

南京郵電大學(xué)Peter Grünberg研究中心的實驗室負(fù)責(zé)人和高級通訊作者Yongjin Wang說：“展望未來，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爭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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