激光器|香港科技大学和美国高校研究人员成功在工业级硅衬底上外延生长出微米尺寸电泵浦激光器，打破小尺寸记录

来自香港科技大学和美国加州大学圣巴巴拉分校的研究人员成功在工业级硅衬底上外延生长出小型电泵浦激光器，打破了小尺寸记录。该激光器的阈值和尺寸比先前在硅衬底上外延生长的激光器要小多个数量级。

图为电泵浦量子点激光器示意图

摩尔定律

数十年前，摩尔定律预测在高度集成的电路中晶体管的数量每两年翻一番，该预测在过去的几十年中一直被证明是正确的。人们对器件小尺寸、高效率的需求是半导体技术发展的不竭动力。

随着数据通信等新兴应用的发展，研究人员对硅平台上光子元器件大规模集成和小型化的需求不断增长。来自香港科技大学和美国加州大学圣巴巴拉分校的研究人员成功在工业级硅衬底上外延生长了小型电泵浦激光器，打破了小尺寸的记录。该微激光器半径为5μm，实现了在0.6mA的超低阈值条件下实现了近红外激光（1.3μm）的输出，其阈值和尺寸比先前在硅衬底上外延生长的激光器要小好几个数量级。

优点

香港科技大学电子与计算机工程系主任Kei May Lau, Fang教授表示：“我们研发出了可在工业级硅衬底上直接生长的最小电流注入的量子点激光器，并且证实了其具有低功耗和高稳稳定性的特点。”

意义

“在硅衬底上直接生长高性能微米尺寸激光器的成功案例代表着我们在硅衬底上直接生长III-V元素的外延工艺已经能够替代传统的晶圆接合工艺，制作出的片上硅光源具有高度集成和低功耗的特点。”

早期研究

香港科技大学和美国加州大学圣巴巴拉分校的研究人员早在新签就已经研发出了室温条件下工作的连续波光泵浦激光器，该激光器也是在硅衬底上外延生长，并且没有锗缓冲层或基板杂散。本次研究他们展示的是在硅衬底上外延生长的超小型电泵浦激光器。香港科技大学的博士研究生、美国加州大学圣巴巴拉分校光电研究组博士后Yating Wan表示：“对微型激光器进行电注入是一件更具挑战性的任务。首先，电极金属化受到微尺寸腔的限制，这可能会增加器件的电阻和热阻抗；其次，回音壁模式（WGM）对任何的工艺瑕疵都十分敏感，这可能会增加光学损耗。”

未来展望

美国集成光子制造创新中心副主任John Bowers表示：“作为一个很有前景的集成平台，硅光子学的发展需要片上激光光源以大大提前其性能，同时需要在实现大规模制造的同时降低成本，缩小尺寸，减小功耗。直接在硅衬底上生长高性能微米级激光器的成功代表着在硅衬底上直接生长III-V元素的外延工艺已经向替代传统的晶圆接合工艺的发展迈出了重要一步。”