近日，香港科技大学团队利用选择性外延技术，开发了一种新型集成技术，即在硅平台上，将Ⅲ-Ⅴ族化合物与硅元件有效耦合，这激发了在硅光子学领域中，集成高效光子学和低成本电子学的发展潜力，并使下一代电讯具备低成本、高速度和大容量的优点。
图1 SOI生长的高性能硅波导耦合Ⅲ-Ⅴ族光电探测器
在过去的数年中，数据流量在各种应用程序和新兴技术（如大数据、汽车、云应用程序和传感器）的推动下，成指数型增长。为了解决以上问题，硅光子学作为核心技术，通过节能、高容量和低成本的光互连技术实现、扩展和增加数据传输。
硅光无源器件已经在硅光子学平台上成熟应用，然而，激光器和光电探测器不能直接通过硅来实现，需要在硅上集成其它材料，比如Ⅲ-Ⅴ族半导体。
硅基Ⅲ-Ⅴ激光器和光电探测器的研究传统主要是两种方法。第一种是基于键合的方法，其优点在于技术成熟，生产出来的器件性能优异，但它需要复杂的制造技术，产量低、成本高，因此难以大规模生产。
另一种方法是在硅上利用直接外延方法生长多层Ⅲ-Ⅴ族薄膜。该方法具有低成本、可扩展性强、高集成度等优点，但是集成硅光子学的好坏关键在于微米级厚的 III-V 缓冲层，它会阻碍III-V族与硅之间的有效光耦合。
为了解决以上问题，香港科技大学电子与计算机工程系首席教授刘纪美团队开发了横向纵横比捕获（以下简称LART）——一种新型选择性直接外延方法，能够选择性地在硅绝缘体平台（本文简称SOI）上横向生长Ⅲ-Ⅴ族半导体，而不需要厚缓冲区。
此外，基于这种技术，该团队设计并演示了独特的面内集成Ⅲ-Ⅴ族光电探测器和硅元件，Ⅲ-Ⅴ族化合物和硅之间具有更高的耦合效率。与商用光电探测器相比，这种方法的光电探测器噪声更小，灵敏度更高，工作范围更广，数据传输速度超过112 Gb/s，创下记录，远快于现有产品。
Ⅲ-Ⅴ族器件首次通过直接外延技术与硅元素有效耦合。该集成方法可以很容易地应用于各种Ⅲ-Ⅴ族器件和基于硅的集成元件，从而实现了在用于数据通信的集成光子学与电子学的阶段目标。
“这是由于我们最近开发了一种名为横向纵横比捕获（LART）的新型增长技术，以及我们在SOI平台上独特的耦合策略设计。我们团队对器件物理学和生长机制的综合专业知识和见解使我们能够完成Ⅲ-Ⅴ族和硅之间的有效耦合，以及对外延技术和极具挑战性的任务——器件性能的关联分析。”
此外，该论文第一作者Ying Xue博士说：“这项工作将为光子集成电路和完全集成的硅光子学提供实用的解决方案，通过这种方法可以实现Ⅲ-Ⅴ族激光器和硅元件之间的光耦合。”
以上结果已发表在期刊《Optica》上。
