英特尔(Intel)与美国加州大学圣塔巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara,UCSB)的研究人员,运用标准硅晶工艺开发出全球首款混合硅晶激光(Hybrid Silicon Laser)。该项技术研发号称可协助业者排除制造低成本、高频宽硅光(silicon photonics)组件的障碍,所开发出的产品并可应用于未来的计算机及数据中心。

    研究人员利用磷化铟(Indium Phosphide)的光学特性以及硅晶的导光功能,整合成单一芯片。当加上电压在磷化铟时,所产生的光线会射入硅芯片的波导(waveguide)产生连续性的激光束,进而驱动其它的硅光装置。因为量产硅晶制造技术能大幅降低成本,使得硅晶激光将能广泛推动硅光在计算机内的用途。

    英特尔光学技术实验室(Intel is Photonics Technology Lab)总监Mario Paniccia表示：“此项技术为未来的计算机带来低成本,兆位(terabit)等级的光学“数据信道”,协助打造出一个高效能运算应用的年代。虽然离商品化还有一段距离,但我们相信有数十种甚至数百种混合硅晶激光将能结合其它硅光组件,整合成单一芯片。”

    UCSB电子与计算机工程学系教授John Bowers则表示：“结合UCSB在磷化铟的专业研究,加上英特尔在硅光方面的实力,利用晶圆、部分晶圆(partial-wafer)或是晶粒级(die-level)的打线技术(bonding method),我们展示了一个崭新的激光结构,这可能是大量整合硅平台光学的解决方案。这项成就代表了高度整合硅光芯片及低价量产的开始。”

    Intel表示,硅组件除了被用来大量制造各种平价数字电子产品,还能用来导引、侦测、调节、甚至放大光束,但至今尚未能有效产生光束。反观被广泛应用在各种电信设备的磷化铟激光,由于必须单独组装与对准(align),此技术对于高产量、低成本的计算机产业而言实过于昂贵。

    混合硅晶激光运用一项新颖的设计,利用磷化铟材料来产生与放大光源,并运用硅晶波导来阻隔与控制雷射光。制造上的关键环结在于运用低温氧分子等离子(oxygen plasma)──充斥电荷的氧分子──在两种材料的表面上制造出一个极薄的氧分子层(厚度约为25个原子)。

    在经过加热与加压处理后,氧分子层发挥了“硅接合剂(glass-glue)”的功能,能将两种材料熔合在单芯片中。当加上电压后,从磷化铟材料所产生的光线就会通过氧分子等离子的“硅接合”层,并传至具备阻隔与控制激光光功能的硅芯片波导组件内,最后产生一种混合硅晶激光。波导的设计是决定混合硅晶激光的效能与波长的关键。

    今日所发布的讯息延续了英特尔长期以来运用标准硅组件工艺,将光组件硅晶化的研发计划。该公司研究人员在2004年率先展示频宽超过1GHz的硅光调节器,速度较之前展示硅调节器增加将近50倍。2005年,英特尔研究人员率先展示能用来放大光源的硅组件,根据“拉曼效应”运用外部光源产生连续光波,开发出单芯片型态的激光组件。

    Bowers教授研究磷化铟材料与激光技术已有超过25年的经验。他目前的研究着重于开发各种创新的光电组件,能提供160Gb/s的数据传输速度,以及能接合各种异质材料的技术,开发出具备更高效能的新装置。