鍺激光點亮芯片

關鍵字：鍺半導體，激光器，矽基光電子單片集成

美國麻省理工大學（MIT）材料係的中國學者成功研製出世界上第一個光通訊波段室溫工作的鍺激光器，這一開創性成果點燃了矽基光電子單片集成和未來芯片光互聯的希望。

眾所周知，矽片上大規模集成電路顯示了電子強大的信號處理功能，而全球範圍的光纖通訊網絡展示了光子優越的傳輸性能。矽基光電子集成則結合了電子的信號處理功能和光子的傳輸性能的兩大優勢以實現高速率，低能耗，無竄擾的芯片光互聯。

目前商用化的光電器件多采用III-V族半導體材料，其工藝與大規模集成工藝不兼容，並且采用晶片鍵合到矽片的技術成本昂貴，產量低，導致III-V族與芯片的光電異質集成不能被廣泛接受。

另一方麵，與矽同屬IV族的鍺半導體材料，被用來製造出世界上第一個晶體管，但因為矽源儲藏豐富和良好的氧化矽表麵鈍化，矽半導體成為當今大規模集成電路的主角。最近由於鍺在矽上外延生長的技術的提高，鍺半導體材料重新成為研究的熱點。

這項工作的主要研究者劉繼峰博士就是外延鍺半導體材料的專家，在攻讀博士期間他成功研製了矽基光電單片集成的重要器件——高響應率高速的外延鍺探測器和低功耗外延鍺光電調製器，但鍺和矽屬於間接帶隙的半導體，複合發光需要聲子參與導致效率低，因而芯片上的激光器成為實現矽基光電單片集成的瓶頸。
 
2005年劉博士在與潘棟博士及其他學者的學術討論中獲得啟發，大膽提出了采取拉應力和n-型重摻雜拉平鍺的直接帶隙和間接帶隙方法，當時這個讓間接帶隙半導體激射的想法受到很多激光器專家的質疑，但四年來劉博士與同組的博士生孫笑晨以及其他同事們的一係列的理論模擬，室溫光譜，室溫光增益的階段性研究結果引起了這一領域的研究者極大的興趣和關注。這項發明已於去年獲得了美國專利。

目前這個鍺激光器是采用光泵浦的，正如III-V族激光器研究發展的曆程一樣，電注入激射將成為MIT 裏奧尼•基梅林教授（Lionel C. Kimerling）研究組的下一個攻克目標。
 
關於Ge激光的成果最近一周在美國有很多報道。UC Berkely的兩院院士Yablonovitch教授評價這一成果“在矽基光電領域是至為重要的結果”（"has the highest possible significance in the field"）.
http://www.semiconductor-today.com/news_items/2010/FEB/MIT_080210.htm
http://www.wired.com/gadgetlab/2010/02/germanium-laser/#ixzz0f3F1TawA
http://www.pcauthority.com.au/News/166657,germanium-laser-fires-up.aspx
http://news.cnet.com/8301-30685_3-20000045-264.html
http://spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/first-germanium-laser
http://web.mit.edu/newsoffice/2010/first-germanium-laser.html