“跨越硅光子的障碍” 英特尔开发出硅与化合物半导体一体化的电流激励式激光

2006-09-25 09:52:27 来源:半导体器件应用网 点击:1091
  
    激光器元件的结构  
    “凭借此次的成果,我们跨过了实现硅光子道路上的障碍”。美国英特尔与美国加州大学圣塔巴巴拉分校(University of California,Santa BarbaraUCSB)的研究小组,开发出了硅与化合物半导体一体化的电流激励式激光。

    化合物半导体采用以InP(磷化铟)夹持活性层(据介绍资料称,为AlGaInAs)的结构。由该化合物半导体产生的光,借助由硅制光波导构成的共振器发生共振,从而产生激光振荡。此次,英特尔成功地在硅底板上集成了7个这样的元件,并实现了连续振荡。“初步计划6~7年后制造出集成有此次所开发激光器的光通信模块”(英特尔光子技术实验室总监Mario Paniccia)。  

    英特尔等公司开发出的电流激励式激光器,是在硅底板上集成分别具备发光、传输、调制、受光等通过光进行数据传输所必需功能的光元件的“硅光子”技术必不可少的元件。设想可用于计算机及数据中心的主机间、板卡间以及芯片间通过光进行大容量数据传输。例如,在硅芯片上排列25个新开发的激光器元件,分别通过光调制器以40Gbit/秒速度传输数据,则可实现平均1芯片1Tbit/秒的速度。英特尔初步计划首先在6~7年内使包括此次开发的激光器在内的多种硅制光元件实现模块化,将来力争开发出把逻辑LSI与硅制光元件集成在同一芯片上的单片式设备。  

    英特尔把硅光子定位于“今后10年的支柱技术之一”(参阅本站报道),近2~3年来陆续发表了硅制造的高速调制器以及光激励式激光器等。然而,由于硅是不容易通过电流激励而发光的材料,因此迄今为止未能实现承担发光作用的、基于硅的电流激励式激光器。此次,英特尔采用“折衷结构”成功地解决了这一难题,即让发光効率高的化合物半导体来承担光的产生及放大工作,而光的多重反射产生共振的任务则由硅制光波导承担。  

    特点主要有2个  

    此次的激光器主要有2个特点。  

    第一,使用此次的激光器,比以前方法更容易集成到硅底板上。例如,以前的方法有把激光器元件安装在硅底板外侧、以及把激光器元件安装在硅底板上这两种。两种方法为了将激光器射出的光引导至硅底板上的硅制光波导,均需进行光轴校准。而此次,可以晶圆级或芯片级、对化合物半导体制成的发光层及硅光导进行接合。因此,元件无需进行位置校对。  

    第二,容易集成多个波分复用技术光通信所需的、以不同波长振荡的激光器。这是因为可以通过改变硅制光波导的尺寸,比较自由地改变振荡波长。此次的激光器以1577nm振幅振荡。  

    此次的激光器元件,以通过氧等离子气形成的氧化膜作为粘接剂,在300℃、1MPa的条件下对硅底板上蚀刻而成的硅制光波导和AlGaInAs量子井层形成的发光层或放大层进行接合。在15℃下驱动时,激光器振荡的阈值为65mA。在该温度下驱动时的光输出,当以200mA电流驱动时约为1.8mW。
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