新型場效應調控光電二極管 光電子集成芯片領域新進展

  ICC訊 5月6日中國科學技術大學宣布，該校孫海定教授課題組與武漢大學劉勝院士團隊合作，在國際上首次提出了新型三電極光電PN結二極管結構，構筑載流子調制新方法，實現了第三端口外加電場對二極管光電特性的有效調控。相關研究成果日前在線發(fā)表于期刊《自然·電子學》。

  光電二極管作為光電集成芯片中必需的基本元件，已被廣泛應用于LED、激光器、探測器等。然而，無論是作為發(fā)光單元還是探測單元的光電二極管，均需配置相應的外部驅動電路來實現電信號和光信號之間的轉換。這一傳統(tǒng)模式極大地限制了整個光電系統(tǒng)的信號傳輸速度和帶寬，也不可避免地增大了系統(tǒng)體積和復雜度，限制了整個光電技術的集成與發(fā)展。

  研究人員通過在P型區(qū)域引入“第三電極”，將傳統(tǒng)的光電二極管與一個“金屬—氧化物—半導體”結構進行巧妙而又緊湊的片上器件集成。這種三端二極管減少了光通信系統(tǒng)中對外部偏置器電路的需求，實現了更小體積、更寬帶寬的光通信系統(tǒng)。當三電極二極管切換為光電二極管模式工作時，受第三端口施加的電壓與入射光同時控制，可以實現可重構的高速光電邏輯門，而且在切換不同的邏輯門時無需對器件本身的結構進行任何改變，并形成完整的光控邏輯電路，從而利用外加電場對二極管發(fā)光或探測過程中的載流子輸運行為進行有效調控。此外，團隊還基于該新型光電二極管構建了光通信系統(tǒng)和可重構光電邏輯門系統(tǒng)，展示了該器件在光通信和光邏輯運算中的巨大應用潛力。

  研究人員表示，由于該器件結構和制作工藝十分簡單，該新型場效應調控光電二極管架構的提出，可被廣泛應用于其他由各種半導體材料制成的有源光電子集成芯片和器件平臺上，對推動下一代高速和多功能光電集成芯片的發(fā)展有著重要價值。