【半导体资讯】国际研究团队开发出适用于无缝硅集成的电泵浦连续波半导体激光器
一个由利希研究中心（FZJ）、斯图加特大学和莱布尼茨高性能微电子研究所（IHP）的科学家与CEA-Leti共同组成的国际研究团队，开发出了一种适用于无缝硅集成的电泵浦连续波半导体激光器。这项技术突破标志着首个直接在硅晶片上生长的同类激光器，为片上集成光子学领域的发展开辟了新的可能性。
一、创新点与技术特点
该激光器完全由元素周期表第四族——“硅族”的元素组成，包括硅（Si）、锗（Ge）和锡（Sn）。研究人员表示，该设备由堆叠的超薄锗锡层和硅锗锡层制成，这种结构为片上集成光子学提供了全新的解决方案。
这项技术解决了仅使用IV族半导体的高效电泵浦光源的缺乏问题。传统上，硅芯片上的光学活性元件的单片集成是用III-V族材料完成的，这些材料很难与硅集成，而且成本高昂。
在光泵浦激光器中，需要外部光源来产生激光，而电泵浦激光器在电流通过二极管时产生光。电泵浦激光器通常更节能，因为它们直接将电能转化为激光。
二、兼容性与集成优势
研究人员开发的激光器与传统的CMOS芯片制造技术兼容，因此适合无缝集成到现有的硅制造工艺中。研究人员表示，它可以被视为硅光子学工具箱中“最后一块缺失的碎片”。
三、性能表现
与之前依赖高能光泵浦的锗锡激光器不同，这种新型激光器在2V电压下仅需5mA的低电流注入即可运行，与发光二极管的能耗相当。凭借其先进的多量子阱结构和环形几何形状，该激光器可最大限度地降低功耗和发热量，可在高达90K或-183.15°C的温度下稳定运行。
该激光器是在标准硅晶片上生长的，代表了第一个真正“可用”的IV族激光器，尽管需要进一步优化以进一步降低激光阈值并实现室温运行。然而，早期光泵浦锗锡激光器的成功（仅用了几年时间就从低温运行发展到室温运行）表明了一条清晰的前进道路。
这项突破性进展不仅为硅基光子学领域的发展注入了新的活力，也为未来高性能、低功耗的光电子器件的研发提供了有力的支持。随着技术的不断进步和优化，我们有理由相信，这种新型的电泵浦第四族激光器将在光通信、光传感以及光计算等领域发挥重要作用，推动相关产业的快速发展。
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2025-09-30
