硅基半导体激光器

文章摘要：目前，对于单片集成光电子回路来说，最大的限制就在于缺少合适的光源，而基于化合物材料的半导体激光器由于工艺上与标准集成电路工艺不兼容，无法实现单片集成电路。所以只能选择硅作为基本材料的发光器件，即硅发光二极管或者硅基激光器。由于激光器在各方面性能上的优势，使硅基激光器的研究就更具有关键性意义。大量的相关研究工作已经取得了显著进展，实现了硅的受激发射。Intel公司于2005年1月成功研制出了全硅拉曼激光器，标志着硅基光电子研究进入了一个崭新的时代：仅一个月后，该公司又实现了世界上第一支连续波全硅激光器。该激光器结构如图所示，器件基于SOl低损耗单模脊型光波导，利用反向偏置PIN二极管来极大地抑制

硅基半导体激光器,标签：电子电路基础,模拟电路基础,http://www.88dzw.com

　　目前，对于单片集成光电子回路来说，最大的限制就在于缺少合适的光源，而基于化合物材料的半导体激光器由于工艺上与标准集成电路工艺不兼容，无法实现单片集成电路。所以只能选择硅作为基本材料的发光器件，即硅发光二极管或者硅基激光器。由于激光器在各方面性能上的优势，使硅基激光器的研究就更具有关键性意义。大量的相关研究工作已经取得了显著进展，实现了硅的受激发射。

　　Intel公司于2005年1月成功研制出了全硅拉曼激光器，标志着硅基光电子研究进入了一个崭新的时代：仅一个月后，该公司又实现了世界上第一支连续波全硅激光器。该激光器结构如图所示，器件基于SOl低损耗单模脊型光波导，利用反向偏置PIN二极管来极大地抑制双光子吸收效应（Two－Photon Absorption，TPA）引起的自由载流子吸收（FreeCarrier Absorption，FCA），在两端面淀积高反射涂层来形成谐振腔，从而有效地实现了拉曼激光放大输出。拉曼激光器的研制成功是硅基光电子研究领域的突破性进展，为以后的研究工作开辟了途径。这种激光器可广泛应用于光互连、波长转换、医学仪器等各个方面。但是由于该器件两端需要淀积高反射涂层，故难以实现与集成回路中其他器件的单片集成。采用Bragg反射器或环形腔结构来制作谐振腔能很好地解决上述激光器的不足，必将成为硅基光电子集成回路研究的重要方向。

　　美国俄亥俄州辛辛那提大学的物理学家于2005年9月在《JOURNAL OF APPLIEDPHYSICS》杂志上，发表了他们研制成功的世界上第一种可见光波段工作的硅激光器。辛辛那提大学的新方法可研制既能利用红外线又能利用可见光波段工作的激光器卩刀，在硅基片上需要涂上几层薄薄的具有严格确定成分物质的晶体。这些薄层都是利用分子光束外取向附生方法喷涂的，在真空室中在一种单晶表面上喷雾分子培植另一种分子。室温下，该激光器在阈值为117KW/cm(2)时的受激发射波和620nm，模式增益为100cm(-1)。

　　图 Intel研制出世界上第一个连续波全硅拉曼激光器

　　美国Intel公司和加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）于2006年9月19日联合宣布，研究成功世界上第一支混合型S1－InP激光器。该器件利用InP产生光，利用Si波导构成的谐振腔实现光的激射输出。采用一种特殊的制造工艺将两种材料结合在一起。该技术可以充分发挥InP材料的光学特性和硅材料在集成芯片方面的优势，实现低成本、大批量、高性能的器件制造和应用。而且器件体积很小，能够将许多激光器集成在同一硅衬底上，而且通过对硅波导的调制就可以获得不同的输出波长；容易同其他硅基光子器件集成，制造高集成度的硅光子芯片。该器件实现了电学泵浦发光，解决了光泵器仵与集成电路芯片很难实现单片集成的难题，向实用化方向迈出了坚实的一步。这种激光器研制成功使得硅基光学芯片的研究获得了巨大的突破。