湖南大学“天马材料研究论坛”第146期第四讲
题 目：“硅基III-V材料异质外延和光电子集成”
报告人：张建军 研究员 （中国科学院物理研究所研究员）
地 点：工程实验大楼440多媒体报告厅
时 间：2018年11月11日（周日）上午10:30-11:30
主持人：潘安练教授
邀请人：材料科学与工程学院
承办人：材料学院“天马材料研究论坛”日常工作小组
报告人简介：
张建军，中科院物理所博士生导师，半导体量子材料与器件课题组组长。1997-2004年在湘潭大学获得学士、硕士学位，2005-2010年在德国斯图加特马普研究所和奥地利约翰开普勒大学学习，获博士学位。2010-2014先后在德国莱布尼兹研究所，澳大利亚量子计算和通讯技术卓越中心进行研究工作。2014年回国，课题组目前有职工2名，博士后和研究生9名，其主要研究领域为半导体材料和器件研究，包括硅基片上光源材料与器件研究以及固态量子计算核心材料研究，负责国家重点研发计划课题，中科院重点项目以及华为横向项目等，实验设备包括目前国际上唯一的Ⅳ/Ⅲ-Ⅴ双腔体MBE和原位STM/AFM联合系统，生长同位素纯化量子芯片材料的MBE系统，光学测试平台等。
报告内容：
硅基光电子旨在将光子学器件和电子学器件集成在硅晶片上，把与CMOS工艺兼容的激光器、光调制器、光波导和光探测器等组件集成到微电子电路上从而实现硅基光电子集成。它兼具光子学器件的高传输处理速度、高传输带宽和电子学器件的低成本、微尺寸、高集成度的优越特性，实现高速、低耗的数据运算和传输，是信息工业发展的必由之路。硅基片上光源和集成是硅基光电子的技术难题。片上光源方面主要因为硅是间接带隙半导体，发光效率低，无法实现高性能激光器。集成方面主要因为这一平台聚集了半导体工艺和光学设计封装工艺等多个领域，且每一个领域均处于技术前沿。但最近10年都取得了很好的突破性进展。硅基片上光源方面，通过外延生长直接带隙高效发光的Ⅲ-Ⅴ半导体材料获得了高性能的硅基片上激光器。英国伦敦大学学院刘会赟教授领导的团队通过在具有斜切角的锗、硅衬底上结合位错过滤层等技术首次实现了InAs/GaAs量子点1.3微米通讯波段的连续激射，激光器可以获得62.5 A/cm2的低阈值电流密度，寿命可以超过1万小时。香港科技大学的刘继美教授通过在具有V型槽结构的硅衬底生长InAs/GaAs量子点实现了硅基激光器，他们通过和加州大学圣巴巴拉分校John Bowers教授合作声称实现了超过10万小时的寿命。本报告主要介绍我们课题组在硅基III-V材料异质外延和激光器方面的研究工作，通过在硅图形衬底上同质外延硅薄膜获得了具有原子级平整(111)晶面的空洞结构。原子级平整的(111)晶面将反相畴和失配位错有效限制在界面处，空洞结构有效地缓减了GaAs和硅的热失配，从而解决了硅上生长Ⅲ-Ⅴ材料存在的反相畴，晶格失配和热失配的三个关键难题，实现了目前国际上最高质量的硅基InAs/GaAs材料生长，在此硅图形衬底上量子点的发光强度达到了和GaAs衬底上同样的水平，首次实现了硅基InAs/GaAs量子点微腔激光器，首次在绝缘体上硅（SOI）衬底上实现了微盘激光器，其性能基本上达到了GaAs衬底上的水平。同时我还会介绍一下我们在锗衬底上高质量外延生长InAs/GaAs材料以及用于量子计算的硅基量子材料方面的研究进展。
