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广州光电存算芯片融合创新中心、中山大学国内率先突破 300毫米标准硅光晶圆上异质异构集成半导体激光器

[2025-09-03 10:32:58] 来源: 编辑: 点击量:
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导读: 中山大学王瑞军副教授在“第六届光电子集成芯片立强大会”的邀请报告中,报道了硅基光电子集成(硅光)技术重大进展:经广州光电存算芯片融合创新中心(广州芯创)与中山大

 中山大学王瑞军副教授在“第六届光电子集成芯片立强大会”的邀请报告中,报道了硅基光电子集成(硅光)技术重大进展:经广州光电存算芯片融合创新中心(广州芯创)与中山大学联合攻关,国内首次在300毫米(12英寸)直径、220纳米硅层厚度的标准硅光平台上,成功实现磷化铟半导体激光器的异质集成,同时也是迄今国际唯一报道的12英寸220纳米标准硅光平台的异质集成半导体激光器。该成果突破了硅光芯片如何集成片上光源这一公认的关键技术瓶颈,为我国面向人工智能算力中心提高算力、降低能耗等重大需求,研发下一代光互连、光计算等高端先进硅光芯片掌握了核心技术。

 
        在人工智能爆发式增长的背景下,算力基础设施在互连、算力和存储三大方面均面临严峻挑战,如何实现算力可持续增长成为当今最重要的科技前沿之一。光互连已经在10米以上距离占据统治地位,正在向更短距离的板卡间、片间乃至片上互连渗透;光计算也展示了以高能效大幅度提高系统算力的潜力。因此,支撑光互连、光计算的硅基光电子集成芯片(简称硅光芯片)具有极强的战略意义和突出的产业价值,近年来得到高速发展。我国已有多条200-300毫米(8-12英寸)的硅光芯片产线投入运行。
 
        然而硅材料不能高效发光,导致目前硅光芯片缺乏片上光源,而是依赖外接的磷化铟、砷化镓半导体激光器光源,其尺寸、成本、能耗等方面的优势不能完全发挥。如何在量产级大尺寸硅光晶圆上实现磷化铟、砷化镓等高效发光化合物半导体材料的异质集成、并进一步实现片上半导体激光器的异构加工,是硅光技术向全功能单片集成发展的核心挑战,成为国际光电子集成技术研发重要焦点。
 
        广州芯创从2023年开始建设我国首个300毫米(12英寸)异质异构光电集成中试研发平台,针对硅光技术前沿,重点布局支撑硅基磷化铟、砷化镓、薄膜铌酸锂等材料的异质异构光电集成。在平台建设同时,与中山大学光电材料与技术全国重点实验室等伙伴密切合作,开展平台赋能技术攻关。
 
        在硅基大晶圆上的磷化铟、砷化镓材料异质集成层面,研究人员提出了系列创新技术方案,解决了硅与这些化合物半导体材料间的热膨胀系数、晶格常数、极性失配问题,实现了高结合强度的原子级平整异质材料界面,于2024在国内首次在300毫米(12英寸)硅光晶圆上成功实现磷化铟、砷化镓材料的大规模异质集成,良率达 90%,为进一步实现硅基磷化铟、砷化镓半导体激光器的异构集成打下了基础。
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