硅光集成半导体激光芯片

成果编号：39752

价格：面议

完成单位：中国科学院半导体研究所

单位类别：中国科学院系统院所

完成时间：2023年

成熟程度：小批量生产阶段

服务产业领域：电子信息、装备制造、新材料

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发布人：杨涛离线

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人工智能(AI)领域的发展需要超高算力系统的支持。大算力光电集成芯片是构建超高算力系统的基础，也是近期半导体产业的爆发点。随着光电集成芯片集成度的不断增加，功耗高、散热难、片间传输能力差等问题将直接制约该技术的进一步发展。低成本、低功耗、高温工作、高速传输的硅基光子芯片将成为推动该领域发展的重要方向。本团队经过20余年的不断努力与攻关，已掌握满足此类应用需求的硅基光子芯片核心光源制备技术。基于生长控制精度高、绿色环保的分子束外延（MBE）系统以及标准光器件工艺产线，可生产满足硅基光子芯片应用所需的高性能半导体量子点激光光源。量子点激光器具有阈值电流低、工作温度高、温度稳定性高、调制速率高、抗光反射性能强、出光功率高以及噪声低等一系列优秀性能，将极大降低硅基光子芯片的成本、功耗和体积，提升芯片性能。此外，本团队已布局下一代大规模、低成本、大尺寸硅基直接外延激光光源技术，相关成果处于国际领先水平。本团队将依托于硅基光子芯片光源的核心技术，与合作伙伴共同开发适用于AI和大算力应用场景的硅基光子芯片模块，形成对标NVIDIA（英伟达）高端芯片的主力产品，在AI、自动驾驶、光子计算等多个关键场景实现应用。并在此基础上，拓展多波段其它种类的高性能半导体激光器、超辐射发光二极管（SLD）、垂直腔面发射激光器（VCSEL）、发光二极管（LED）等多种产片的研发及应用，进一步扩充产品的种类，覆盖激光传感、激光雷达、陀螺仪、AR、VR、工业加工等应用场景的需求。

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成果介绍

科技计划：国家级：国家重点研发计划；国家自然科学基金重点项目省部级：北京市科委重点项目；之江实验室

成果形式：新技术、新工艺、新产品、新材料、新装备

合作方式：技术转让、技术开发、技术入股

参与活动：第二届江苏产学研合作对接大会

专利情况：正在申请 ,其中:发明专利 4 项
已授权专利,其中:发明专利 4 项

成果简介

成果概况

创新要点

打通并掌握了从1.3微米波段半导体量子点激光器芯片设计、外延、器件工艺到封装的整个技术流程。创新提出了多种量子点材料制备与性能调控方法以及量子点激光器设计方案，相关技术已申请发明专利，部分专利已获授权。

主要技术指标

芯片尺寸：2-3英寸；芯片波长均匀性：±3nm ；芯片厚度均匀性：±5% ；单模DFB激光器工作温度>125℃、阈值电流＜30mA、单通道光功率＞100mW、边摸抑制比＞45dB。

其他说明

ChatGPT的火爆推动了AI领域及其底层高算力系统的爆发式增长。硅基光收发模块市场到2025年预计达到35亿美元，并将以年均复合增长率(CAGR)超过40%的速度持续增长。结合量子点激光材料、硅光子集成回路以及系统级共封装设计，是提升大规模AI、机器学习系统性能的重要互联解决方案。本团队依托于中国科学院半导体研究所，经过二十余年的研究与积累，掌握了高端半导体量子点激光芯片的外延及器件制备技术，实现了1.3微米波段通信、光互连及传感用高性能量子点激光器，有关器件参数处于国际领先或先进水平，对于打破国外在此领域的技术垄断，提升我国的自主创新能力和国际竞争能力都具有极其重要的意义。本团队所研发的高性能量子点激光器得到了用户高度认可，并实现销售超过70万元，作为大算力系统、超大数据中心等光互连用光源市场前景巨大。此外，布局于下一代的硅基直接外延激光光源技术多次被国际半导体行业著名杂志Semiconductor Today以专栏形式报道，不少国内同行来信询问产品情况。目前，团队技术研发已经基本结束，开始寻求产业转化和规模量产。团队已申请相关专利5项，获授权3项。本成果核心研发人员共四名，包括一名具有长期海外留学工作经历的博士生导师以及三名青年科技工作者，均拥有工科博士学位以及多年化合物半导体芯片和器件研发经验。

完成人信息

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