电泵浦量子点微环激光器示意图。援引：香港科技大学电子与计算机工程系

几十年前，摩尔定律预测，高密度集成电路中的晶体管数量大约每两年翻一番。这个预测在过去的几十年里被证明是正确的。追求更小、更有效率的半导体器件一直是技术突破的动力。

在硅片阵列上的数据通信和新兴应用方面，随着对微型化和大规模集成光子元件持续增长的需求，香港科技大学和加州大学圣巴巴拉分校的一组研究人员在最近的一项研究中成功地展示了外延生长在工业标准（001）硅衬底上的小型电泵浦微型激光器。半径为5微米的微型激光器，在0.6毫安的亚毫安级阈值上，实现了近红外（1.3微米）激光发射。其阈值和占用空间比先前报道的在硅上外延生长的激光器小几个数量级。

他们的研究结果发表在著名的杂志《Optica》上2017年8月4日的一期。

“我们展示了直接生长在具有低功耗和高温稳定性的工业标准（001）硅衬底上的最小电流注入的量子点激光器。”香港科技大学电子与计算机工程系首席教授、高级工程师Kei May Lau, Fang说道。

“实现在硅上直接生长高性能微米级激光器，这意味着我们将III-V族/硅外延作为晶片键合技术的另一种选择上迈出了重要的一步。作为芯片硅光源，它具有集成密度高和功耗低的优点。”

两研究团队已经合作，并且在之前已经开发出在室温下工作的连续（CW）光泵浦微型激光器，其在硅上外延生长，没有锗缓冲层或基底切割。这一次，他们展示了在硅上外延生长的小型电泵浦量子点激光器。“微型激光器的电子注入是一项更具挑战性并且艰巨的任务：首先，电极金属化受到微型尺寸腔的限制，这可能会增加器件电阻和热阻抗;其次，回音壁模式（WGM）对任何过程中的缺陷十分敏感，可能会增加光学损耗，”科大博士研究生现任加州大学圣巴巴拉分校光电研究组博士后的Yating Wan说。

“作为一个极具应用前景的集成平台，硅光子学需要芯片激光光源，能够显著提高其性能，同时在体积和可制造性方面节省成本和功耗。实现在硅上直接生长高性能微米激光器，这意味我们朝着将直接III-V族 / 硅外延作为晶片键合技术的另一种选择上迈出了重要的一步，“AIM 光电子公司副总裁John Bowers说。

来源：https://m.phys.org/news/2017-09-scientists-956m-submilliamp-threshold-quantum.html

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