|  最近,Albany納米技術(shù)研究所（AlNT）和Albany-SUNY大學(xué)納米科學(xué)及納米工程學(xué)院在量子點(diǎn)（Quantum Dot,QD）的制造方面取得了新的進(jìn)展。這一進(jìn)展將使芯片上的激光器達(dá)到熱穩(wěn)定。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用有望實(shí)現(xiàn)芯片之間的光通訊,并在未來10~15年內(nèi)取代目前的電子通訊模式。QD激光器除了在高速無線光通訊方面有廣闊的應(yīng)用前景外,它還能在高溫環(huán)境下工作,無需體塊熱沉或制冷器的光學(xué)傳感器,因?yàn)樗哂袃?yōu)異的熱穩(wěn)定性。
科學(xué)家通過一種被稱為QD截斷技術(shù)的納米形態(tài)處理工藝,對QD激光介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)作了優(yōu)化,并成功制造了微型化的激光二極管。該激光器發(fā)射的波長為1.22um的紅外光,具有非常優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。它的最高激射溫度和特征溫度分別是219℃和380K,大大高于以前報道的最高數(shù)據(jù)（167℃和160K）。
AINT納米科學(xué)教授和光電子研究小組的負(fù)責(zé)人Serge Oktyabrsky 告訴我們：“1982年,東京大學(xué)的Arakawa和Sakaki通過理論計算預(yù)言量子點(diǎn)激光器的熱穩(wěn)定性要比傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器好得多。自此,為了實(shí)現(xiàn)這一受到人們高度期望的半導(dǎo)體特性,科學(xué)家們付出了巨大的努力。Albany的工作首次證明這一預(yù)言是完全正確的,并打開了通向?qū)嶋H應(yīng)用的大門。此外,這種激光器還表現(xiàn)出很高的光增益。因此,我們可以利用這一技術(shù)為芯片光通訊制造熱穩(wěn)定性非常好的全外延晶格垂直共振腔激光器�！�
“量子阱激光器具有很好的性能。但是,理論上InGaAs激光器的T0不會超過300K。而量子點(diǎn)激光器的初步優(yōu)化結(jié)果就可以達(dá)到380K。這是一個令人驚訝的結(jié)果,因?yàn)樗嬖V我們：“嗨,伙計們,你們從此可以認(rèn)真地對待量子點(diǎn)激光器了。這不僅僅是一個很好的科學(xué)現(xiàn)象�！辈鍒D比較了QD激光器和傳統(tǒng)量子阱激光器的熱穩(wěn)定性,結(jié)果顯示QD激光器具有更高的特征溫度和更高的最高工作溫度。
Jth(T)=J0exp(T/T0)
量子點(diǎn)激光器的一個問題是其類似金字塔的外形,這種外形結(jié)構(gòu)是由熱力學(xué)規(guī)律決定的。Oktyabrsky認(rèn)為這種金字塔形激光器的效率也許是最低的�！皫缀跛衅渌螤畹男识家冉鹱炙摺？赡艿慕鉀Q方法之一是切去金字塔的頂部,形成截斷金字塔形�！�
Oktyabrsky指出,受制于目前的硅芯片工作溫度,在硅芯片上植入光電子器件或其他發(fā)光器件是不太可能的。然而,Albany新穎的QD激光介質(zhì)卻有望實(shí)現(xiàn)硅芯片和化合物半導(dǎo)體器件的結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)芯片之間的光通訊。
UAlbany負(fù)責(zé)光學(xué)介質(zhì)生長的科學(xué)家Vadim Tokranov說：“在原子水平上對QD形狀進(jìn)行嚴(yán)格的控制可以大大改善QD介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)。我們的砷化銦QD是一種納米級的晶體,其形狀是根據(jù)需求量身定制的,并被包埋在只有幾個原子那么厚的砷化鎵和砷化鋁超晶格點(diǎn)陣中。“
這項(xiàng)技術(shù)突破受到了IFC的資助。IFC是微電子高級研究中心（MARCO）和美國國防部高級研究計劃局（DARPA）的合作項(xiàng)目,以大學(xué)研究為主。IFC隸屬于Georgia Tech,下屬來自UAlbany, Rennselaer Polytechnic Institute, 麻省理工大學(xué)和斯坦福大學(xué)的多個研究小組。
 設(shè)計相似的量子阱激光器和截斷量子點(diǎn)激光器的閾值電流密度（Jth）與溫度曲線比較圖。 �。ㄙY料來源：Albany納米技術(shù)研究所） |
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