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跨越硅光子的障礙” 英特爾開發出硅與化合物半導體一體化的電流激勵式鐳射

DATE 2006/09/25/01

　　【日經BP社報道】


此次開發的鐳射器


7個鐳射器元件發光的情形


鐳射器元件的結構
　　“憑藉此次的成果，我們跨過了實現硅光子道路上的障礙”。美國英特爾與美國加州大學聖塔巴巴拉分校（University of California，Santa BarbaraUCSB）的研究小組，開發出了硅與化合物半導體一體化的電流激勵式鐳射（發表資料，英文）。

　　化合物半導體採用以InP（磷化銦）夾持活性層（據介紹資料稱，為AlGaInAs）的結構。由該化合物半導體產生的光，借助由硅制光波導構成的共振器發生共振，從而產生鐳射振蕩。此次，英特爾成功地在硅底板上集成了7個這樣的元件，並實現了連續振蕩。“初步計劃6～7年後製造出集成有此次所開發鐳射器的光通信模組”（英特爾光子技術實驗室總監Mario Paniccia）。

　　英特爾等公司開發出的電流激勵式鐳射器，是在硅底板上集成分別具備發光、傳輸、調製、受光等通過光進行數據傳輸所必需功能的光元件的“硅光子”技術必不可少的元件。設想可用於電腦及數據中心的主機間、板卡間以及晶片間通過光進行大容量數據傳輸。例如，在硅晶片上排列25個新開發的鐳射器元件，分別通過光調製器以40Gbit/秒速度傳輸數據，則可實現平均1晶片1Tbit/秒的速度。英特爾初步計劃首先在6～7年內使包括此次開發的鐳射器在內的多種硅制光元件實現模組化，將來力爭開發出把邏輯LSI與硅制光元件集成在同一晶片上的單片式設備。

　　英特爾把硅光子定位於“今後10年的支柱技術之一”（參閱本站報道)，近2～3年來陸續發表了硅製造的高速調製器以及光激勵式鐳射器等。然而，由於硅是不容易通過電流激勵而發光的材料，因此迄今為止未能實現承擔發光作用的、基於硅的電流激勵式鐳射器。此次，英特爾採用“折衷結構”成功地解決了這一難題，即讓發光効率高的化合物半導體來承擔光的產生及放大工作，而光的多重反射產生共振的任務則由硅制光波導承擔。

特點主要有2個

　　此次的鐳射器主要有2個特點。

　　第一，使用此次的鐳射器，比以前方法更容易集成到硅底板上。例如，以前的方法有把鐳射器元件安裝在硅底板外側、以及把鐳射器元件安裝在硅底板上這兩種。兩種方法為了將鐳射器射出的光引導至硅底板上的硅制光波導，均需進行光軸校準。而此次，可以晶圓級或晶片級、對化合物半導體製成的發光層及硅光導進行接合。因此，元件無需進行位置校對。

　　第二，容易集成多個波分復用技術光通信所需的、以不同波長振蕩的鐳射器。這是因為可以通過改變硅制光波導的尺寸，比較自由地改變振蕩波長。此次的鐳射器以1577nm振幅振蕩。

　　此次的鐳射器元件，以通過氧等離子氣形成的氧化膜作為粘接劑，在300℃、1MPa的條件下對硅底板上蝕刻而成的硅制光波導和AlGaInAs量子井層形成的發光層或放大層進行接合。在15℃下驅動時，鐳射器振蕩的閾值為65mA。在該溫度下驅動時的光輸出，當以200mA電流驅動時約為1.8mW。（記者：大下 淳一，根津 禎）

posted by C.H. Chen @ 7:39 PM