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图1：Aeluma 公司的 300妹妹 Ⅲ-Ⅴ族化合物于硅上的沉积（左图）以和于 300妹妹硅光子学上的选择性区域异质外延（右图）。（图片来历：Aeluma 公司）

人工智能（AI）及高机能计较（HPC）运用的快速成长，正鞭策着AI基础举措措施对于高带宽、低延迟且节能的光互连史无前例的需求。

这些运用需要愈来愈具备可扩大性且成本效益高的光子解决方案用在数据传输，是以硅光子学已经经成为收发器及其他光互连功效的要害技能。包括 Tower Jazz、格罗方德（Global Foundries）、英特尔、台积电（TSMC）、三星及意法半导体（STMicroelectronics）于内的重要半导体代工场，都于不停完美硅光子学技能并举行市场化推广，这也证明了这项技能作为下一代通讯及计较体系的支柱的主要性。

激光集成的挑战

只管硅光子学取患了巨猛进展，可是一个持久存于的挑战是：高机能激光器及光学增益的集成。一些链路架构采用零丁封装并经由过程光纤耦合到硅光子学的 长途激光器 也许就已经经充足了；可是当需要将功耗及占用空间降至最低、并最年夜化机能时，片上光学增益就显患上极其有利了。

于寻求集成光学增益的历程中，有些商用平台使用彻底制造好的激光器或者增益芯片的倒装芯片键合技能；而另外一些平台则依靠在晶圆或者小芯片的键合，然后再举行制造。这些要领城市增长繁杂性及成本，而且于可扩大性及可实现的增益密度（每一个芯片上的增益元件数目）方面存于限定。

一个更为精妙的解决方案是于硅上直接外延生长激光质料，从而能将光学增益集成到硅光子学的前端制造工艺中。金属有机化学气相沉积（MOCVD）正成为这类要领的领先技能，由于它提供了可扩大性及选择性区域生长能力 即可以或许于其他组件之间的图案化布局内，选择性沉积质料的能力。这类沉积可以采用与 于硅光子学中为集成光电二极管选择性沉积锗 近似的方式举行。

MOCVD Vs. MBE：工艺集成及可扩大性

从汗青上看，份子束外延（MBE）曾经用在合成 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体质料，用在研发以和小批量出产。MBE 的低产量及高运营成本，是年夜范围制造的重要障碍。比拟之下，MOCVD 已经经成为发光二极管（LED）、高电子迁徙率晶体管（HEMT）及垂直腔面发射激光器（VCSEL）等技能年夜范围制造的行业尺度。除了了可扩大性以外，MOCVD 还有提供了可以或许实现工艺集成的选择性区域生长，这一特征对于在硅光子学而言可能具备主要价值。

量子点：硅光子学的抱负增益介质

对于在片上光学增益而言，量子点（QD）比传统的量子阱具备许多显著上风。量子点激光器体现出更低的阈值电流、更低的温度敏感性以和更低的线宽加强因子。末了一个特征使患上量子点激光器尤其合适用在窄线宽激光及光梳源运用。

量子点与硅光子学集成的另外一个利益是，量子点光学增益介质对于光的违反射没有那末敏感，是以无需利用光断绝器。量子点对于质料缺陷的耐受性也更强，由于载流子迁徙长度短了一个数目级以上，而且离散的量子点漫衍提供了缺陷捕捉能力。

MOCVD 量子点激光器：制造上的冲破

虽然传统上利用 MBE 来制造量子点激光器，可是MOCVD 因其可扩大性及工艺集成性而更受青睐。美国半导体公司 Aeluma正经由过程选择性区域生长要领，于经常使用在硅光子学的 200妹妹及 300妹妹衬底上，使用 MOCVD 合成高质量的量子点。这类选择性区域 MOCVD 生长要领，防止了与晶圆及小芯片键合相干的挑战，并为与前端工艺兼容的光学增益集成提供了一种更直接的解决方案。这类单片集成要领还有为设计新型激光腔提供了极年夜的矫捷性，而且有助在实现超高 的增益集成密度。

满意下一代计较的需求

MOCVD 生长量子点激光器的可扩大性，也许可以或许满意AI及高机能计较运用对于高带宽、低延迟且节能的光互连不停增加的需求。现代AI事情负载需要于数据中央内部及数据中央之间举行年夜量数据传输，这凌驾了传统电子互连的能力极限。集成为了量子点光学增益的硅光子学，为扩大光互连技能以适配下一代体系提供了一条新路子。

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