硅光，最后一块拼图？

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文章摘要

国际研究团队成功开发了首款电泵浦连续波半导体激光器，该激光器完全由IV族元素制成，能够与硅无缝集成。这一创新成果由德国于利希研究中心、斯图加特大学、莱布尼茨高性能微电子研究所及其法国合作伙伴CEA-Leti共同完成，研究成果发表在《自然通讯》上。

随着人工智能和物联网的快速发展，对节能硬件的需求不断增长，光学数据传输因其能传输大量数据且能量损失小而成为首选。这一发展预示着未来将采用低成本光子集成电路（PIC）的微芯片，以节省成本并提高性能。尽管在硅芯片上单片集成光学有源元件方面取得了进展，但长期以来的挑战是缺乏仅使用IV族半导体的高效电泵浦光源。新型激光器解决了这一问题，与用于芯片制造的传统CMOS技术兼容，并适合集成到现有的硅制造工艺中。

新型激光器的关键创新在于，研究人员首次展示了硅基电泵浦IV族激光器的连续波操作。这种新型激光器在2伏电压下仅以5毫安的低电流注入运行，与发光二极管的能耗相当。激光器采用先进的多量子阱结构和环形几何结构，最大限度地降低了功耗和热量产生，能够在高达90开尔文的温度下稳定运行。它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降低激光阈值并实现室温操作。

该研究小组由来自于利希研究中心的Buca博士领导，多年来一直在开发锡基IV族合金，并与多个合作伙伴合作，展示了其在光子学、电子学、热电学和自旋电子学领域的应用潜力。凭借这一新成就，硅光子学为下一代微芯片提供一体化解决方案的愿景现已触手可及。