为了中国的半导体事业 ——访中国科学院院士(2)

1988年王圩研究组研制出动态单纵模DFB激光器

1990年鉴定会上王圩在倾听鉴定会主席叶培大先生意见

但项目拿到之后没人愿意牵头做，都觉得没什么前途，没办法我就带研究生自己做。现在看来，我们方向选对了。大量的手机里的功放需要砷化镓，民用这个大市场热起来了。也就从这时候，我转到了化合物半导体材料和器件研究。

我们做得还不错，成果也不少，比如做出了0.1微米砷化镓/铝镓砷异质结高迁移率场效应晶体管，截止频率达89GHZ；研究成功了砷化镓/铟镓磷异质结双极型晶体管（HBT），截止频率达92GHZ；还在国内首先研制成功了全功能砷化镓/铟镓磷HBT 10Gpbs光纤通信光发射驱动电路等等。

10年前，我把化合物这一块交给了学生，改做光电集成。这是一个新的发展方向，光和电总是不可分的，光需要电来驱动，又需要电来探测，光电集成就是把电子和光子器件集成在一个芯片上。我们利用MEMS结构实现了激光器和光纤的无源耦合，成功做出了工作速度达2.5Gpbs的光发射模块。

做光电集成得有光发射器件，面发射激光器具有其固有的二维集成的优点，它面向数据中心和超级计算机内部光互联应用，能够最终实现高密度光电集成。我们就又做垂直腔面发射激光器（VCSEL），现在单管速率做到了25Gpbs，面阵做到了300多个器件，还不错。

记者：王院士您呢？您是从什么时候开始做激光器研究？又取得了哪些代表性成果？

王圩：我最初做硅材料，研究硅单晶，后来根据国家需要开始做Ⅲ-Ⅴ族化合物，做外延研究，就是研究在一个衬底上做几个微米的Ⅲ-Ⅴ族化合物薄膜，后来又在这个基础上做扩散p/n结化合物激光器。我一开始是在材料室，只做材料，但做的过程中发现激光器的结构和材料的生长是分不开的，在材料生长的过程中就把一部分器件结构长出来了，所以既要懂材料，又要懂器件设计，两者密不可分，还是放在一起比较好，于是我就调到器件室了，又做材料又做器件。

我们开始激光器研究，是在1979年底，比国际上开展得稍晚。20世纪70年代末，美国MIT林肯实验室的美籍华人谢肇金采用液相外延技术实现了InP（磷化铟）基1.31微米和1.55微米InGaAsp/InP双异质结激光器的室温连续工作。至此，光纤通信开始从0.85微米段波长的多模光纤传输向采用InP基长波长激光器为光源、以1.31微米零色散和1.55微米低损耗波段的单模光纤为传输介质的第二代光通讯体系过渡。

我们半导体所光电子研究室也在1979年底及时地开展了InP基长波长激光器的研究工作，成立了由彭怀德负责的1.3微米激光器研究组和由我负责的1.55微米激光器研究组。

通过调整InGaAsp四元体材料有源区的组分，摸索外延层结构和逐层掺杂浓度，解决器件的条形结构问题，我们于1981年率先在国内得到了室内连续工作的1.55微米激光器。

后来随着国际光纤通信事业的发展，又面临巴黎统筹会对我国先进科学技术和敏感产品的禁运，我们遵照国家在光电子发展的战略要求调整了研究方向，一方面为满足当时光纤通信的要求，自力更生地研究实用化的无制冷长波长激光器，另一方面着眼于探索未来大容量、长距离通讯发展用的光信号源。

在这样的情况下，为了提高光通信的传输带宽和传输距离，我们就必须开发出一种在高频调制下仍然可以单模工作的动态单模（DSM）激光器作为光信号源。

当时受禁运的限制，不能引进MOCVD设备，用液相外延方法又面临着选模用的、深度几十纳米的光栅结构被随后外延生长时回溶的难关，我们为此进行了一系列的实验，才找到了满意的抗回溶技术，最终在1988年底，研制出了国内首批1.55微米动态单频分布反馈（DFB）激光器，解决了国内发展第三代长途干线大容量光纤通信的急需。

到1990年代，我们又在国内首先研制成功了应变量子阱1.55微米DFB激光器，使中国光通信用激光器的研究和国际新一代能带工程研究接轨。

近些年，我和同事们指导研究生利用半导体材料带隙剪裁技术平台，制作了瓦斯探测用的大应变量长波长1664nmDFB激光器，并已开始试用于煤矿安全系统，建立了用量子混杂(QWI)和选区外延生长（SAG）相结合的技术，研制成功10-25千兆码率（Gb/s）电吸收调制的分布反馈（DFB）激光器和可调谐的电吸收调制DFB激光器发射模块，奠定了在国内研制含有多个不同带隙波长区域的单片多功能集成材料的基础。在此基础上，已经把我们的多型号器件转移到了公司批量生产，并得到了国内知名通信系统制造商的认可。

文章来源：《微电子学与计算机》 网址: http://www.wdzxyjsjzz.cn/qikandaodu/2020/0808/358.html