香港科技大学的研究人员开发了一种新的集成技术，用于高效集成III-V族化合物半导体器件和硅，为低成本、大容量、高速度和高吞吐量的光子集成铺平了道路，从而彻底改变了数据通信。

与使用电子的传统集成电路或微芯片不同，光子集成电路使用光子或光粒子。光子集成结合了光和电子技术，以加快数据传输速度。特别是硅光子学处于这场革命的最前沿，因为它能够创建可以同时处理大量数据的高速、低成本连接。

虽然硅可以处理无源光学功能，但它在有源任务中遇到困难，例如产生光或检测光——这两者都是数据生成和读出的关键组件。这需要将III-V族半导体集成到硅衬底上，以实现完整的功能和更高的效率。

但是，虽然III-V族半导体可以很好地完成主动任务，但它们自然不能很好地与硅配合使用。该团队由新兴跨学科领域研究助理教授薛颖教授和研究教授刘启美教授领导，通过寻找一种使III-V族器件与硅高效工作的方法来解决这一挑战。

他们开发了一种称为横向长宽比捕获的技术，这是一种新型的选择性直接外延方法，可以在横向方向上选择性地生长绝缘体上硅上的III-V族材料，而无需厚缓冲区。

虽然文献中没有报道的集成方法可以解决高耦合效率和高产量的挑战，但他们的方法实现了面内III-V激光器，使III-V激光器可以在同一平面上与Si耦合，这是有效的。

“我们的方法解决了III-V族器件和硅的不匹配问题。它实现了III-V族器件的优异性能，使III-V族与Si的耦合变得简单高效。

在过去的几十年中，在大数据、云应用和传感器等新兴技术的推动下，数据流量呈指数级增长。集成电路领域，也称为微电子学，通过使电子设备更小、更快来实现这种增长，这要归功于摩尔定律，摩尔定律是微芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番。但数据流量的持续爆炸式增长已经将传统电子设备推向了极限。

2016 年 Zettabyte 时代的开始迎来了数据生成、处理、传输、存储和读出的飞速增长。数据激增带来了速度、带宽、成本和功耗等关键挑战。这就是光子集成，特别是硅光子学的用武之地。

在接下来的步骤中，该团队计划证明与硅波导集成的III-V激光器可以表现良好，例如具有低阈值，高输出功率，长寿命和在高温下工作的能力。

她说，在将这项技术用于现实生活之前，有一些关键的科学挑战需要解决。但它将实现新一代通信和各种新兴应用和研究领域，包括超级计算机、人工智能、生物医学、汽车应用以及神经和量子网络。

该研究最近发布在《激光与光子学评论》杂志上。