来自 ARC 变革性元光学系统卓越中心（TMOS）的研究人员开发了一种全新的片上光源工程方法，这有望推动光子芯片在消费电子产品中的广泛应用。在近日出版的《光：科学与应用》杂志中，澳大利亚国立大学的研究团队与西北工业大学的合作者共同描述了一种利用砷化铟镓和磷化铟半导体材料生长高质量多量子阱纳米线的方法。
光学信息传输在速度和效率上远优于传统的电信号传输，这也是光子芯片产业在过去十年迅猛发展的主要原因。目前，光子芯片（也称为光子集成电路）已广泛应用于电信设备、自动驾驶汽车、生物传感器和智能手机等消费级设备。然而，当前光子芯片面临的一个主要挑战是缺乏片上光源，这迫使它们依赖外部光源，限制了芯片及其设备的小型化潜力。
纳米线激光器被认为是片上光源的理想候选者，但大规模制造出在室温下运行且具备光滑侧壁、可控尺寸和精确晶体组成的高质量纳米线一直是技术难题。对此，TMOS 的研究人员与合作者开发了一种创新的多步骤表面工程方法，利用选择性区域外延的金属有机化学气相沉积技术来实现纳米线的生长。
图：光子芯片的新进展将开启一个行业
TMOS 博士生、共同第一作者张帆璐表示：“通过这种新的外延生长技术，我们能够精确控制量子阱纳米线的直径和长度，同时确保其晶体质量高且形貌均匀。这使得我们可以设计出可调控的纳米线光学腔，实现空间模式和纵向模式的调节。通过改变量子阱的成分和厚度，我们还能够调整纳米线的激光波长，从而覆盖近红外电信波段的广谱范围。”
另一位共同第一作者张旭涛补充道：“我们的技术非常适合大规模生产均匀的纳米线阵列，这将使近红外电信波段的纳米级激光光源的大批量制造成为可能。此方法有望克服通过键合或异质外延制造片上光源的传统技术障碍，为大规模光子集成铺平了道路。”
TMOS 首席研究员 Lan Fu 强调：“这标志着片上光源技术和光子芯片产业的重要进展，尤其为这些设备的大规模生产提供了基础。接下来的研究重点将是设计和制造电触点，以实现电注入激光的可能性。”
