中红外波段的 III 族纳米激光器

半导体纳米线显示出在集成光子平台上实现超紧凑型激光器的巨大潜力。尽管在开发纳米线激光器方面取得了显著进展，但由于采用 III-V 和 II-VI 半导体作为增益介质，其在 Si 光子平台上的集成仍面临较大挑战。这类材料不仅成本高昂，而且需要与 Si 基制造工艺的内在复杂集成，从而增加总体成本，限制了其大规模应用。此外，这类基于材料的纳米线激光器很少发射超过 2 微米的波长，这对于成像和量子传感等各种应用是技术上重要的波长区间。最近，特别是能够发射超过 2 微米的直接带隙 GeSn 纳米线，作为与 Si 兼容的纳米线激光器的增益介质，正成为富有潜力的性价比高的选择，但迄今尚未成功实现该看似前景广阔的纳米线平台的激光。本文报道了从单个自下而上生长的 GeSn 纳米线中实现 2 微米以上激光的实验观察。通过综合应变工程和优化腔体设计，单根 GeSn 纳米线实现了足以克服最小化光学损耗的放大材料增益，从而实现约 5.3 kW cm-2 的超低阈值单模激光。我们的发现为基于全 III 族的中红外光子集成电路铺平了道路，这类电路可用于芯片上的经典和量子传感以及自由空间通信。