一個(gè)由利希研究中心（FZJ）、斯圖加特大學(xué)和萊布尼茨高性能微電子研究所（IHP）的科學(xué)家與CEA-Leti共同組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出了一種適用于無縫硅集成的電泵浦連續(xù)波半導(dǎo)體激光器。這項(xiàng)技術(shù)突破標(biāo)志著首個(gè)直接在硅晶片上生長(zhǎng)的同類激光器，為片上集成光子學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展開辟了新的可能性。

    一、創(chuàng)新點(diǎn)與技術(shù)特點(diǎn)
    該激光器完全由元素周期表第四族——“硅族”的元素組成，包括硅（Si）、鍺（Ge）和錫（Sn）。研究人員表示，該設(shè)備由堆疊的超薄鍺錫層和硅鍺錫層制成，這種結(jié)構(gòu)為片上集成光子學(xué)提供了全新的解決方案。
    這項(xiàng)技術(shù)解決了僅使用IV族半導(dǎo)體的高效電泵浦光源的缺乏問題。傳統(tǒng)上，硅芯片上的光學(xué)活性元件的單片集成是用III-V族材料完成的，這些材料很難與硅集成，而且成本高昂。
    在光泵浦激光器中，需要外部光源來產(chǎn)生激光，而電泵浦激光器在電流通過二極管時(shí)產(chǎn)生光。電泵浦激光器通常更節(jié)能，因?yàn)樗鼈冎苯訉㈦娔苻D(zhuǎn)化為激光。

    二、兼容性與集成優(yōu)勢(shì)
    研究人員開發(fā)的激光器與傳統(tǒng)的CMOS芯片制造技術(shù)兼容，因此適合無縫集成到現(xiàn)有的硅制造工藝中。研究人員表示，它可以被視為硅光子學(xué)工具箱中“最后一塊缺失的碎片”。

    三、性能表現(xiàn)
    與之前依賴高能光泵浦的鍺錫激光器不同，這種新型激光器在2V電壓下僅需5mA的低電流注入即可運(yùn)行，與發(fā)光二極管的能耗相當(dāng)。憑借其先進(jìn)的多量子阱結(jié)構(gòu)和環(huán)形幾何形狀，該激光器可最大限度地降低功耗和發(fā)熱量，可在高達(dá)90K或-183.15°C的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行。

    該激光器是在標(biāo)準(zhǔn)硅晶片上生長(zhǎng)的，代表了第一個(gè)真正“可用”的IV族激光器，盡管需要進(jìn)一步優(yōu)化以進(jìn)一步降低激光閾值并實(shí)現(xiàn)室溫運(yùn)行。然而，早期光泵浦鍺錫激光器的成功（僅用了幾年時(shí)間就從低溫運(yùn)行發(fā)展到室溫運(yùn)行）表明了一條清晰的前進(jìn)道路。
    這項(xiàng)突破性進(jìn)展不僅為硅基光子學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展注入了新的活力，也為未來高性能、低功耗的光電子器件的研發(fā)提供了有力的支持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和優(yōu)化，我們有理由相信，這種新型的電泵浦第四族激光器將在光通信、光傳感以及光計(jì)算等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。