基础研究|广东成功研制世界首例硅基集成分布反馈(DFB)激光器阵列

4月30日，中山大学电子与信息工程学院、光电材料与技术国家重点实验室余思远研究团队与英国伦敦大学学院(UCL)研究者合作在美国光学学会(OSA)旗舰刊物《Optica》上发表了硅基半导体激光器研究最新成果: ‘Monolithic quantum-dot distributed feedback laser array on silicon’ 。

硅基光子学是未来光信息技术的重要驱动力，作为其核心元件，硅上直接外延生长的激光器一直以来都是世界难题。2016年，结合量子点有源层、超晶格缺陷过滤层和腔内热退火等手段，UCL的研究者(该研究合作方)在外延技术上取得了突破，展示了寿命超过了10万小时，低阈值电流的的简单硅基FP激光器。但具有更重要实用意义的、用于波分复用光通信的硅基DFB激光器由于其对器件设计加工技术要求苛刻，一直未被实现。

利用光电材料与技术国家重点实验室光电子集成工艺平台先进的实验设备和工艺条件，该项工作首次实现了硅基直接外延生长的电泵浦室温连续波工作DFB激光器阵列。研究通过突破超高宽深比的光栅刻蚀技术，避免了二次外延，极大简化了工艺，实现了一次成型、且光栅周期控制精度达到了0.1 nm的一阶侧壁DFB光栅。 进而实现了工作在1300纳米光通信波段附近的DFB激光器阵列。阵列覆盖宽达100 纳米波长范围、并具有 20 ± 0.2 nm的精确波长通道间隔，符合粗波分复用的标准。 阵列中DFB激光器展现了极高的性能，其阈值电流仅12 mA，边模抑制比达50 dB。器件在光通信，片上传感，光电子集成等领域具有重大潜在应用价值，审稿人也评论该工作“在光子集成研究领域将产生强烈反响”。

该研究获得国家自然科学基金重大项目等项目的资助。