硅基半導體激光器
目前，對于單片集成光電子回路來說，最大的限制就在于缺少合適的光源，而基于化合物材料的半導體激光器由于工藝上與標準集成電路工藝不兼容，無法實現(xiàn)單片集成電路。所以只能選擇硅作為基本材料的發(fā)光器件，即硅發(fā)光二極管或者硅基激光器。由于激光器在各方面性能上的優(yōu)勢，使硅基激光器的研究就更具有關鍵性意義。大量的相關研究工作已經取得了顯著進展，實現(xiàn)了硅的受激發(fā)射。
Intel公司于2005年1月成功研制出了全硅拉曼激光器，標志著硅基光電子研究進入了一個嶄新的時代：僅一個月后，該公司又實現(xiàn)了世界上第一支連續(xù)波全硅激光器。該激光器結構如圖所示，器件基于SOl低損耗單模脊型光波導，利用反向偏置PIN二極管來極大地抑制雙光子吸收效應（Two－Photon Absorption，TPA）引起的自由載流子吸收（FreeCarrier Absorption，F(xiàn)CA），在兩端面淀積高反射涂層來形成諧振腔，從而有效地實現(xiàn)了拉曼激光放大輸出。拉曼激光器的研制成功是硅基光電子研究領域的突破性進展，為以后的研究工作開辟了途徑。這種激光器可廣泛應用于光互連、波長轉換、醫(yī)學儀器等各個方面。但是由于該器件兩端需要淀積高反射涂層，故難以實現(xiàn)與集成回路中其他器件的單片集成。采用Bragg反射器或環(huán)形腔結構來制作諧振腔能很好地解決上述激光器的不足，必將成為硅基光電子集成回路研究的重要方向。
美國俄亥俄州辛辛那提大學的物理學家于2005年9月在《JOURNAL OF APPLIEDPHYSICS》雜志上，發(fā)表了他們研制成功的世界上第一種可見光波段工作的硅激光器。辛辛那提大學的新方法可研制既能利用紅外線又能利用可見光波段工作的激光器卩刀，在硅基片上需要涂上幾層薄薄的具有嚴格確定成分物質的晶體。這些薄層都是利用分子光束外取向附生方法噴涂的，在真空室中在一種單晶表面上噴霧分子培植另一種分子。室溫下，該激光器在閾值為117KW/cm(2)時的受激發(fā)射波和620nm，模式增益為100cm(-1)。
圖 Intel研制出世界上第一個連續(xù)波全硅拉曼激光器
美國Intel公司和加州大學圣巴巴拉分校（UCSB）于2006年9月19日聯(lián)合宣布，研究成功世界上第一支混合型S1－InP激光器。該器件利用InP產生光，利用Si波導構成的諧振腔實現(xiàn)光的激射輸出。采用一種特殊的制造工藝將兩種材料結合在一起。該技術可以充分發(fā)揮InP材料的光學特性和硅材料在集成芯片方面的優(yōu)勢，實現(xiàn)低成本、大批量、高性能的器件制造和應用。而且器件體積很小，能夠將許多激光器集成在同一硅襯底上，而且通過對硅波導的調制就可以獲得不同的輸出波長；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。該器件實現(xiàn)了電學泵浦發(fā)光，解決了光泵器仵與集成電路芯片很難實現(xiàn)單片集成的難題，向實用化方向邁出了堅實的一步。這種激光器研制成功使得硅基光學芯片的研究獲得了巨大的突破。
