锗激光点亮芯片

关键字：锗半导体，激光器，硅基光电子单片集成

美国麻省理工大学（MIT）材料系的中国学者成功研制出世界上第一个光通讯波段室温工作的锗激光器，这一开创性成果点燃了硅基光电子单片集成和未来芯片光互联的希望。

众所周知，硅片上大规模集成电路显示了电子强大的信号处理功能，而全球范围的光纤通讯网络展示了光子优越的传输性能。硅基光电子集成则结合了电子的信号处理功能和光子的传输性能的两大优势以实现高速率，低能耗，无窜扰的芯片光互联。

目前商用化的光电器件多采用III-V族半导体材料，其工艺与大规模集成工艺不兼容，并且采用晶片键合到硅片的技术成本昂贵，产量低，导致III-V族与芯片的光电异质集成不能被广泛接受。

另一方面，与硅同属IV族的锗半导体材料，被用来制造出世界上第一个晶体管，但因为硅源储藏丰富和良好的氧化硅表面钝化，硅半导体成为当今大规模集成电路的主角。最近由于锗在硅上外延生长的技术的提高，锗半导体材料重新成为研究的热点。

这项工作的主要研究者刘继峰博士就是外延锗半导体材料的专家，在攻读博士期间他成功研制了硅基光电单片集成的重要器件——高响应率高速的外延锗探测器和低功耗外延锗光电调制器，但锗和硅属于间接带隙的半导体，复合发光需要声子参与导致效率低，因而芯片上的激光器成为实现硅基光电单片集成的瓶颈。
 
2005年刘博士在与潘栋博士及其他学者的学术讨论中获得启发，大胆提出了采取拉应力和n-型重掺杂拉平锗的直接带隙和间接带隙方法，当时这个让间接带隙半导体激射的想法受到很多激光器专家的质疑，但四年来刘博士与同组的博士生孙笑晨以及其他同事们的一系列的理论模拟，室温光谱，室温光增益的阶段性研究结果引起了这一领域的研究者极大的兴趣和关注。这项发明已于去年获得了美国专利。

目前这个锗激光器是采用光泵浦的，正如III-V族激光器研究发展的历程一样，电注入激射将成为MIT 里奥尼•基梅林教授（Lionel C. Kimerling）研究组的下一个攻克目标。
 
关于Ge激光的成果最近一周在美国有很多报道。UC Berkely的两院院士Yablonovitch教授评价这一成果“在硅基光电领域是至为重要的结果”（"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