隨著后摩爾時(shí)代信息技術(shù)的發(fā)展，高效的有源片上集成光子器件得益于其超快的傳輸速率、極低的能耗、強(qiáng)力的抗干擾能力以及豐富的調(diào)制手段，對(duì)推進(jìn)未來(lái)信息處理與計(jì)算科學(xué)領(lǐng)域的突破具有至關(guān)重要的意義。近年研究發(fā)現(xiàn)，鹵素鈣鈦礦作為一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的光電性能，并且經(jīng)過(guò)圖案化工藝后表現(xiàn)出非凡的激光和波導(dǎo)特性。因此為實(shí)現(xiàn)集成光子芯片提供了一種新的材料平臺(tái)。

近日，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院器件工藝團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)出高質(zhì)量的銫鉛溴（CsPbBr3）單晶鈣鈦礦薄膜，利用聚焦離子束刻蝕技術(shù)在單晶薄膜上精確地刻出不同形狀和尺寸的微納結(jié)構(gòu)，由此制備的微米線激光器展現(xiàn)出高度相干的光子型激射，其激射閾值為48.7 μJ/cm2，品質(zhì)因子高達(dá)2460。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步制備出多種多功能的集成光子器件，其中包括波導(dǎo)耦合器、Y型分束器、X型耦合器和馬赫-曾德爾干涉儀等，可應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)光子芯片上的信號(hào)生成、傳輸、分離和調(diào)制等功能。由此基于鈣鈦礦半導(dǎo)體的集成光子器件展示了單晶薄膜作為光源和操作元件的潛力，為未來(lái)的集成光子芯片提供了一種新的材料系統(tǒng)和制備方法。同時(shí)，這些光子器件還可以與其他功能元件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的光信號(hào)處理和邏輯運(yùn)算，為未來(lái)的集成光子學(xué)和量子信息技術(shù)的發(fā)展開辟了新方向。

圖1. CsPbBr3微米線激光器（標(biāo)度尺：3 μm），激射閾值48.7 μJ/cm2，品質(zhì)因子2460。

圖2：集成光子器件從左至右：Y型分束器，X型耦合器，馬赫-曾德爾干涉儀（標(biāo)度尺：5 μm）.

相關(guān)成果以“Inorganic Perovskite-Based Active Multifunctional Integrated Photonic Devices”為題發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications|(2024)15:1536）。復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授季力、青年研究員胡申、教授孫清清為共同通訊作者，信息科學(xué)與工程學(xué)院副研究員王俊為合作通訊作者，微電子學(xué)院博士生韓琦為第一作者。

本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海市科委啟明星計(jì)劃的支持。

審核編輯：劉清