近日，国际半导体行业著名杂志《Semiconductor Today》专栏报道了由创新引智基地、郑州大学和日本名古屋大学共同合作完成的研究成果。该成果基于硅基氮化镓芯片，在近紫外波段实现了光发射，传输与接收的集成，并能够转移至玻璃衬底。为近紫外波段的光电子器件研究打开了新的方向。此研究成果同时发表在行业著名期刊Applied Physics Express上。[Chuan Qin et al, Appl. Phys. Express, vol11, p051201, 2018]。

在一块芯片上不仅能发出光，还能同时接收光，这是过去无法想象的。记者日前从南京邮电大学获悉，该校王永进教授发现了量子阱二极管发光和探测共存的物理现象，并在此基础上研发出多种同质集成光电子芯片，为世界首创。

“同质集成”是业界的一个难题。长期以来，光发射、传输、调制和接收器件等分属不同的研究领域，没有人将它们联系起来研发。例如，未来如果能将光纤探头和光源集成在一起，患者做胃镜检查时的痛苦将会大大减轻。

在实验中，王永进发现量子阱二极管发光谱和探测响应谱出现重叠区。“这说明量子阱二极管器件可以同时作为发光和探测器件使用，具有同时发射、接收的‘收发双工’特性。光电探测的新物理本质和特性——‘量子阱二极管光发射和光探测共存’的物理现象被我们首次发现。”

根据这一发现，王永进在此基础上研发出全双工可见光通信芯片、光互联芯片、类脑芯片、物联网芯片等不同种类的芯片，证明“量子阱二极管光发射和光探测共存”的物理现象普遍存在，回应了学术界的质疑。

此次，王永进与2014年诺贝尔物理学奖得主天野浩教授共同开展面向紫外波段的同质集成光子芯片的研究，并基于硅衬底氮化物晶圆，将量子阱二极管器件制备在同一块芯片上，通过波导互联形成芯片内通信系统，并利用机械剥离技术，首次获得了直径0.8mm、2μm厚的可转移紫外同质集成光电子芯片。

“只要一块小小的紫外光电子芯片，就可以完成水净化消毒、检测、通信等一系列复杂程序。”王永进说，随着研究进一步拓展，同质集成光电子芯片应用领域将越来越广泛。

图一 可转移光电集成系统加工流程图

该成果采用成熟的半导体加工技术，首次在近紫外波段实现了可转移的光电集成系统，该系统能够实现200Mbps的空间传输速率。同时，发现了在紫外波段同样存在探测与发光共存的现象，为将来紫外波段的双工通信奠定了理论基础。

图二 200Mbps片外通信眼图

该成果得到了2014年诺贝尔物理学奖得主天野浩教授的高度肯定并共同发表。

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