我们离硅激光器还有多远？

9/20/2006，Intel和加州大学Santa Barbara分校的科研人员日前宣布利用标准硅制造工艺发展出世界上第一个电驱动的混合硅激光器。这一突破性的进展为未来的计算机网络用低成本高带宽硅激光器制造奠定了基础。研究人员通过将InP发光材料和硅导光光路集成到一起实现这一突破。Intel光子技术实验室负责人Mario Paniccia表示这一低成本的T比特级的激光器可以应用到计算机内，打造高性能的计算机系统。尽管现在离最终商用还有很远，但是这种器件已经展现了实现大规模的集成的可能。加州大学Santa Barbara分校的John Bowers教授表示这一成就显示了大学和企业间合作发展最新科技的可能，他们的这种新技术是基于所谓键合的方法，将是未来硅光器件大规模集成的基础。

由于硅材料是现今集成电路广泛采用的材料，在硅上制造激光器也就意味着能够利用现有的CMOS工艺，实现类似今天集成电路一样的大规模低成本制造，这也是人们对于所谓光集成时代的真正到来。全世界的媒体因此都广泛地报道了这条新闻。但是，Mario Paniccia却不敢过分乐观，他预计该技术真正走向成熟至少是下一个10年的事情。

硅材料由于能带结构的问题无法用来直接制造半导体激光器，而只有III-V族半导体化合物材料才可以用来制造半导体激光器。Intel的这次试验也是采用将InP材料键合到硅材料上来获得的。Intel去年也曾报道过一次硅基激光器的试验。相比那次采用另外一只半导体激光器光泵浦的方式，这次是真正采用了电泵浦方式，因此Intel才称之为划时代的突破。Paniccia表示这次的实验97%的光路部分都是在硅波导中，激光器的性能和波长也是硅波导来决定的。现在做出的产品典型指标已经可以达到输出功率1.8毫瓦（足够芯片互联应用），输入电流65mA，工作温度40摄氏度。下一步的目标是作出工作温度70摄氏度，阈值电流20mA的产品。

为了进一步明确Intel这次试验的意义，编辑请教了几位在光集成领域从事多年第一线研究工作的几位博士。他们其中不乏在美国第一流光集成研究所工作的。他们给我的意见如下：

这是一个重大进步。Intel现在要做的是
1 大规模生产工艺研究
2 研究实现不同波长的办法，现在他们是通过改变硅波导结构来改变波长
3 在Die和Wafer层面上的键合（注解：一个Wafer包括多个Die，Wafer一般翻译晶园）

关键在于键合，Die这个层面的Bonding 很难满足对产量的要求。 另一个问题是现在Intel的办法键合应该在芯片后端处理前，InP Die应该不受键合过程影响。对于Intel这一工作的实际价值还值得多观察。

我们中国的学者其实对这个问题也有所涉猎。编辑在网上查到今年4月30日出版的半导体学报有这么一篇文章：“键合法制备硅基1.55μm InP-InGaAsP量子阱激光器”，署名于丽娟　 赵洪泉　 杜云　 黄永箴。本文在硅基上成功地制备出了1.55μm InP-InGaAsP量子阱激光器.设计并生长了适合于键合的量子阱激光器结构材料,通过直接键合技术,将Si衬底与InP-InGaAsP外延片键合到一起.剥离去掉InP衬底后,在5～6μm的薄膜上制备出20μm条形边发射激光器.室温下,阈值电流160mA(电流密度为2.7kA/cm2)。

厦门大学的陈松岩教授大概是另外一个从事此类研究的学者。根据网上他的介绍，他承接了国家863计划以及福建省此类项目的多个课题。