博文
半导体学报(英文)2026年第3期——中文导读：10-12
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研究论文
10 高速单模850 nm垂直腔面发射激光器
随着人工智能、云计算等新一代信息技术的飞速发展，数据中心内部的数据吞吐量呈指数级增长，对高速、高效光互联技术提出了更高要求。在这一背景下，850 nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）凭借其高速响应、低功耗、低成本以及易于光纤耦合等优势，已成为短距离光互连链路的核心光源。然而，传统多模VCSEL受限于模式色散与传输损耗，在高速率传输条件下有效距离受限，难以满足数据中心向更长距离扩展的应用需求。
近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所田思聪研究员团队在高速单模850 nm VCSEL研究方面取得重要进展。该团队成功研制出一种高性能单模VCSEL，在无需均衡器或数字信号处理的条件下，实现了60 Gb/s的非归零调制（NRZ）和104 Gb/s的四级脉冲幅度调制（PAM4）信号在100 m OM5多模光纤中的高质量传输。
图1. 850 nm VCSEL在100 m长光纤、25 ℃条件下NRZ（左）和PAM4（右）眼图。
该器件通过设计2.5 μm氧化孔径，实现了稳定的基横模输出，边模抑制比超过30 dB，有效抑制高阶模干扰。为进一步突破传统VCSEL带宽受限于弛豫振荡频率的瓶颈，研究团队引入光注入锁定技术，利用外部主激光器对VCSEL进行注入锁定，显著增强了其调制响应能力，提升调制带宽。
这一研究不仅推动了VCSEL技术向更高性能方向发展，也为构建下一代绿色、高效的数据中心光互连系统提供了关键支撑。未来，团队将继续聚焦于提升单模VCSEL的输出功率，并探索其在更长距离（如2000 m）传输中的潜力，以满足数据中心内部及边缘节点间对高速、长距光互连日益增长的应用需求。
该文章以题为“High-speed single-mode 850 nm vertical-cavity surface-emitting laser”发表在Journal of Semiconductors上。
文章信息：
High-speed single-mode 850 nm vertical-cavity surface-emitting laser
Si-Cong Tian
J. Semicond. 2026, 47(3): 032401 doi: 10.1088/1674-4926/25090008
11 减轻光刻诱导表面效应：助力IGZO光电突触性能大幅提升
面向视觉信息处理的神经形态计算硬件，需要能够模拟生物突触功能的光电融合器件。基于氧化物半导体，特别是铟镓锌氧化物（IGZO）薄膜晶体管（TFTs）的光电突触器件，因其优异的光电性能和与现有工艺的兼容性，成为研究热点。这类器件利用光信号模拟神经信号的传递与记忆过程，是实现高速、低功耗视觉感知与类脑计算的关键基础。然而，要实现器件的多功能集成与微型化，必须依赖标准的光刻工艺。当前面临的核心挑战是：光刻工艺引入的有机残留物（光刻胶污染物）会严重损害器件的性能。这些残留物会在IGZO沟道表面引入深能级陷阱态，不仅改变表面的化学状态，还会作为非辐射复合中心，显著缩短光生载流子的寿命并降低其输运效率，最终导致器件的光响应性等关键性能退化。因此，阐明并克服光刻残留物对器件光电响应的负面影响，是实现高性能、可微型化光电突触器件的关键科学问题。近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所梁凌燕研究员团队系统研究了光刻工艺对IGZO光电突触性能的影响机制，并提出了有效的性能提升策略。研究团队经对比金属掩膜版（无光刻）、部分光刻及全光刻工艺制备的IGZO TFTs发现，光刻工艺引入的有机残留物会改变IGZO表面化学状态（如降低氧空位浓度、增加羟基含量），引入深能级缺陷。这些缺陷作为高效复合中心，使光生载流子寿命缩短超80%，器件光响应性降至无污染器件的17%。为消除此负面影响，团队系统探究了等离子体表面处理的作用。结果显示，氧气等离子体处理虽能提升器件在光照偏压下的稳定性，却会进一步降低光响应性；而氩气等离子体处理效果卓越：凭借物理轰击有效去除表面有机污染物，且避免有害化学改性。处理后，器件光响应性提升253%，光生载流子寿命延长。基于此，团队成功制备微型化IGZO TFT突触阵列。该阵列在栅压调控下，呈现出从短期到长期可塑性转变、双脉冲易化等丰富神经突触行为。通过对阵列不同像素施加不同栅压，成功实现灰度图像动态对比度增强，像素间对比度差异从0.09提升至0.27，且20秒后信息保留稳定。此项工作揭示了界面工程在氧化物光电器件中的关键作用。
本项工作不仅深入揭示了光刻工艺影响氧化物光电突触性能的物理机制，更重要的是提供了一种简单有效的氩等离子体后处理工艺，能显著恢复并提升因微纳加工而受损的光电性能。
该文章以题为“Boosted IGZO optoelectronic synaptic performance by mitigating photolithography-induced surface effects”发表在Journal of Semiconductors上。
文章信息：
Boosted IGZO optoelectronic synaptic performance by mitigating photolithography-induced surface effects
Jingting Sun, Junyan Ren, Yuting Xiong, Yiting Cheng, Huize Tang, Hongfei Wu, Wangying Xu, Lingyan Liang, Hongtao CaoJ. Semicond. 2026, 47(3): 032402 doi: 10.1088/1674-4926/2508002312 量子点/AlGaN新型异质结日盲紫外探测与通信
随着紫外光电探测技术的不断进步，日盲紫外光探测器（solar-blind UV photodetectors, UV PDs）因其能够在200—280 nm波段内精准探测紫外光而不受太阳光干扰，已广泛应用于环境监测、安全预警、空间通信等关键领域。然而，传统紫外探测器通常依赖外部电源驱动，结构复杂、成本较高，限制了其在便携式和低功耗设备中的推广应用。近年来，光电化学型紫外探测器（photoelectrochemical UV PDs, PEC UV PDs）因具备自供电能力、结构简单、响应灵敏等优势而受到广泛关注。PEC探测器通过电解质与半导体界面实现光生载流子的分离与传输，具有良好的环境适应性和低能耗特性。在材料选择方面，AlGaN纳米线因其可调节的带隙、高比表面积和优异的载流子迁移率，被认为是构建高性能PEC紫外探测器的理想材料。然而，单一材料体系在光生载流子分离效率和响应速度方面仍存在瓶颈，亟需通过异质结构设计进行性能提升。
针对这一挑战，中国科学技术大学集成电路学院孙海定教授iGaN实验室团队提出了一种零维/一维（0D/1D）异质结构设计方案：通过将量子点（quantum dots, QDs）修饰在AlGaN纳米线上，构建新型异质结，从而显著提升器件的紫外光探测性能。QDs具备明显的量子限域效应，可有效扩大其带隙并减少载流子复合路径；而与AlGaN纳米线形成的Type-II异质结则进一步促进光生载流子的高效分离与定向迁移。在250 nm日盲紫外光照射下，该器件在自供电模式下实现了175.5 mA/W的响应度，响应速度提升至83 ms。与未修饰的AlGaN纳米线相比，响应度提升约1235%，响应速度提升约521%，性能提升显著。为深入验证性能提升的机制，研究团队采用电化学阻抗谱（EIS）、光致发光（PL）与时间分辨光致发光（TRPL）等手段，证实QDs修饰后载流子分离效率显著提高，复合现象明显减少。同时，X射线光电子能谱（XPS）与紫外光电子能谱（UPS）分析进一步确认了QDs与AlGaN之间形成了有利于电子迁移的Type-II能带对齐结构。在应用层面，研究团队还构建了基于该探测器的光通信系统，成功实现了“GaN”字符串的ASCII码传输，验证了该器件在高速、低功耗光通信中的实际应用潜力。该系统在不同频率下均表现出稳定的响应能力，显示出良好的信号识别与还原性能。综上所述，本研究在材料设计方面实现了从维度结构到能带工程的协同创新，在器件性能方面达到了高响应度与快速响应的优异指标，在应用层面则展示了其在日盲紫外探测与光通信中的应用验证。0D/1D异质结构为构建高性能、自供电、低成本的紫外光电探测器提供了新的思路，也为未来智能传感与信息传输系统的发展提供了基础。
该文章作为封面文章，以题为“MoS2 quantum dots/AlGaN nanowire heterostructure-based photodetectors for solar-blind photodetection and optical communication”发表在Journal of Semiconductors上。
文章信息：
MoS2 quantum dots/AlGaN nanowire heterostructure-based photodetectors for solar-blind photodetection and optical communication
Menglong Wang, Wei Chen, Xin Liu, Wengang Gu, Yang Li, Xudong Yang, Haiding SunJ. Semicond. 2026, 47(3), 032501 doi: 10.1088/1674-4926/25090026https://blog.sciencenet.cn/blog-3406013-1532513.html
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