在硅芯粒上高效集成量子点激光器

尽管通过在硅衬底上直接生长激光材料（如砷化铟）的晶体层，III-V族半导体激光器可以与光子芯片进行单片集成，但由于III-V族半导体材料与硅的结构或特性不匹配，制造集成此类激光源的光子芯片具有挑战性。

加利福尼亚大学圣巴巴拉分校（UCSB）以及包含纽约州立大学研究基金会的AIM Photonics与总部位于波士顿的Analog Photonics在内的团队现已在硅光子芯粒上单片集成了砷化铟量子点（QD）激光器（IEEE Journal of Lightwave Technology，第43卷，第12期（2025年6月15日））。

该论文第一作者、加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的Rosalyn Koscica博士指出：“光子集成电路应用需要器件占用空间小的片上光源，以实现更密集的元件集成。”为了实现这种单片集成，作者们结合了三个关键概念：用于单片集成的嵌入式激光器策略；包含金属有机化学气相沉积和分子束外延（MBE）的两步材料生长方案，以缩小初始间隙尺寸；聚合物间隙填充方法，以最大限度地减少间隙中的光束发散。

图片：通过嵌入式异质外延在硅光子上单片集成量子点DBR激光器。

经测试，单片集成激光器的芯粒具有足够低的耦合损耗。因此，量子点激光器能在芯粒内的单一O波段波长上高效工作。O波段波长非常理想，因为它支持在光子器件内以低色散传输信号。使用硅制成的环形谐振器或氮化硅制成的分布式布拉格反射器（DBR）可实现单频激光发射。

Rosalyn Koscica表示：“我们的集成量子点激光器展示出高达105°C的高温激光发射，在35°C温度下工作时，寿命长达6.2年。”

所提出的集成技术可应用于各种光子集成电路设计，为实际应用中片上光源的可扩展、高成本效益单片集成铺平了道路。

来源：半导体芯科技

审核编辑 黄宇