研究人員已經(jīng)能夠將磷化銦（Indium Phosphide）的發(fā)光屬性和硅的光路由能力整合到單一混合芯片中。當給磷化銦施加電壓的時候，光進入硅片的波導（waveguide），產(chǎn)生持續(xù)的激光束，這種激光束可驅動其他的硅光子器件。這種基于硅片的激光技術可使光子學更廣泛地應用于計算機中，因為采用大規(guī)模硅基制造技術能夠大幅度降低成本。
“這一技術使未來的計算機內(nèi)部可采用低成本、萬億比特(TB)量級的光學‘數(shù)據(jù)通路’（data pipes），并使高性能計算應用迎來新時代，”英特爾公司光子學技術實驗室總監(jiān)馬里奧•潘尼西亞（Mario Paniccia）指出?！氨M管離商品化仍有很長距離，但我們相信數(shù)十個、甚至數(shù)百個混合硅激光器會和其它硅光子學部件一起，被集成到單一硅基芯片上去。”
“我們和英特爾公司的研究項目，充分體現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)和學術界可以通過合作來推動科學技術的發(fā)展，”美國加州大學圣芭芭拉分校電氣和計算機工程學教授約翰•鮑爾斯（John Bowers）指出，“通過結合美國加州大學圣芭芭拉分校在磷化銦方面的專業(yè)能力和英特爾公司在硅光子方面的專業(yè)能力，我們已研發(fā)出基于鍵合方法的一種新結構激光器，它能夠用于晶圓級、半晶圓級和芯片級的應用，同時這也是將大規(guī)模的光學器件集成到一個硅平臺上的一種可能的解決方案。這是開始低成本大批量生產(chǎn)高集成度硅光子芯片的標志。”
技術細節(jié)
硅被廣泛用于數(shù)碼電子產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，也用于光的路由、探測、調(diào)制和放大，但它并不能有效發(fā)光。另一方面，基于磷化銦的激光器被普遍用于電信設備，但需要逐一進行組合和校準。這相對于計算機產(chǎn)業(yè)大批量、低成本的制造需求，仍顯得過于昂貴和費時。
混合硅激光含有獨特設計，當硅波導容納和控制激光時，其采用的磷化銦材料可以產(chǎn)生光并把它擴大。制造這種設備的關鍵是用低溫的氧等離子體（帶電荷的氧氣）在這兩種材料表面都形成一層薄氧化膜（大約25個原子的厚度）。
當加熱的同時在材料兩側加壓，兩種材料上的氧化膜就像玻璃粘合劑一樣熔合，從而將兩種材料熔合到一個單一芯片中。給磷化銦施加電壓，它產(chǎn)生的光會通過這層像玻璃粘合劑一樣的氧化膜進入硅片中的波導。波導容納并控制光，形成混合硅激光。波導的設計對混合硅激光器的性能和激光的波長至關重要。
今天的發(fā)布，建立在英特爾公司另一個長期研究項目的成就之上，即采用標準硅制造工藝來“硅化（siliconize）”光子學器件。2004年，英特爾研究人員首次展示了帶寬超過1GHz的硅激光調(diào)制器，比此前硅基調(diào)制記錄快了近50倍。2005年，英特爾公司研究人員首次演示了硅可用來放大外部光源、利用拉曼效應（Raman effect）產(chǎn)生連續(xù)的片上激光（laser-on-a-chip）光波。
鮑爾斯教授研究硅光子學材料和激光已超過25年。目前他專注于研發(fā)數(shù)據(jù)傳輸速率達160Gb/秒的新式光電子設備，以及鍵合不同材料來創(chuàng)造更高性能的新設備的技術。
美國加州大學圣芭芭拉分校工程學院
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