光子晶片破關 新片上光源製程照亮前景

編譯／高晟鈞

TMOS（ARC 變革元光學系統卓越中心）的研究人員開發了一種新的片上雷射光源製程方法，有望成為光子晶片進一步小型化的關鍵。

光子晶片小型化面臨瓶頸

我們都知道，光在資料的傳輸速度與效率方面都遠勝電子此外，由於沒有磁化的問題，再加上能進行複數運算，這也使得光子晶片產業在過去十年蓬勃發展。光子晶片，又稱光子積體電路，已經可以在許多自動駕駛汽車、生物感測器或手機等設備中找到。

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雖然大家都知道光子晶片的優勢，那麼為何現在的光子晶片發展困難？這是因為，目前的光子晶片仍舊建立在矽晶片的基礎上，以現在的設計來說，光子訊號無法自行演算，只能作為數據傳輸用，因此必須結合電子晶片，配合0與1的二進位演算。然而，當電子晶片要朝向1奈米前進時，因為彼此線路過近，會產生量子穿隧效應，漏電與良率都是大問題。此外，大多光子晶片缺少片上光源，阻礙了晶片與支援設備進一步小型化的腳步。

片上光源製程

現在的光子晶片大多使用磷化銦、砷化銦作為材料，磷和砷能產生光訊號，而銦則能與矽結合做出半導體。接著透過在基板上沉積出一種限制一維載流子的奈米薄層「奈米阱」，藉由將電子的運動狀態，控制在一個很小的區域，來實現對電子的精確控制。

根據阱的形狀和大小，量子阱可以分為量子點、量子線和量子阱三種。研究團隊透過一種創新的多步驟蝕刻製程，來精確生長具有高品質和均勻型態的量子阱奈米線。接著，透過調製奈米線中量子阱的成分與厚度，研究團隊成功將奈米線的雷射波長，調整至近紅外線電信波段，實現寬光譜範圍的覆蓋。

這項研究克服了傳統方法在製造片上集成光源的一系列障礙，使得奈米級雷射光源的批量製造成為可能，為大規模光子產業的商業化製造奠定了基礎。

資料來源:TechXplore

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