盡管通過在硅襯底上直接生長(zhǎng)激光材料（如砷化銦）的晶體層，III-V族半導(dǎo)體激光器可以與光子芯片進(jìn)行單片集成，但由于III-V族半導(dǎo)體材料與硅的結(jié)構(gòu)或特性不匹配，制造集成此類激光源的光子芯片具有挑戰(zhàn)性。

加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校（UCSB）以及包含紐約州立大學(xué)研究基金會(huì)的AIM Photonics與總部位于波士頓的Analog Photonics在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已在硅光子芯粒上單片集成了砷化銦量子點(diǎn)（QD）激光器（IEEE Journal of Lightwave Technology，第43卷，第12期（2025年6月15日））。

該論文第一作者、加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校的Rosalyn Koscica博士指出：“光子集成電路應(yīng)用需要器件占用空間小的片上光源，以實(shí)現(xiàn)更密集的元件集成?！睘榱藢?shí)現(xiàn)這種單片集成，作者們結(jié)合了三個(gè)關(guān)鍵概念：用于單片集成的嵌入式激光器策略；包含金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積和分子束外延（MBE）的兩步材料生長(zhǎng)方案，以縮小初始間隙尺寸；聚合物間隙填充方法，以最大限度地減少間隙中的光束發(fā)散。

圖片：通過嵌入式異質(zhì)外延在硅光子上單片集成量子點(diǎn)DBR激光器。

經(jīng)測(cè)試，單片集成激光器的芯粒具有足夠低的耦合損耗。因此，量子點(diǎn)激光器能在芯粒內(nèi)的單一O波段波長(zhǎng)上高效工作。O波段波長(zhǎng)非常理想，因?yàn)樗С衷诠庾悠骷?nèi)以低色散傳輸信號(hào)。使用硅制成的環(huán)形諧振器或氮化硅制成的分布式布拉格反射器（DBR）可實(shí)現(xiàn)單頻激光發(fā)射。

Rosalyn Koscica表示：“我們的集成量子點(diǎn)激光器展示出高達(dá)105°C的高溫激光發(fā)射，在35°C溫度下工作時(shí)，壽命長(zhǎng)達(dá)6.2年。”

所提出的集成技術(shù)可應(yīng)用于各種光子集成電路設(shè)計(jì)，為實(shí)際應(yīng)用中片上光源的可擴(kuò)展、高成本效益單片集成鋪平了道路。

來源：半導(dǎo)體芯科技

審核編輯 黃宇