全球首款！索尼开发出量子点垂直腔面发射激光器（VCSEL），用于光纤通信

2025年6月10日，日本东京——索尼半导体解决方案公司与日本国家信息通信技术研究所（NICT）合作，开发出一种以量子点为光增益介质的表面发射激光器架构。据其开发人员介绍，该激光器专为光纤通信系统设计，是全球首款以量子点为光增益介质，工作波长为1550nm（光纤通信的标准波长）的实用电驱动垂直腔面发射激光器（VCSEL）。

NICT的研究人员开发了一种利用分子束外延技术进行化合物半导体高精度晶体生长的方法。该技术可以通过严格控制晶体生长过程中材料的比例来精确生长分布式布拉格反射器（DBR）。利用该方法，该团队实现了即使在1550纳米波长下也能达到99%以上高反射率的半导体DBR。接下来，他们将应变补偿技术应用于VCSEL的生产，以消除量子点周围产生的内部晶体应变，从而提高量子点的密度并改善发光性能。

（a）没有隧道结时，电流流向电极底部并激发量子点；然而，电极会阻碍光提取。（b）有隧道结时，电流路径可以重定向至无电极区域，从而促进光提取。图片由《光学快报》提供。

索尼参与了该项目的第二部分；该公司构思了一种器件设计和制造工艺，利用隧道结结构实现高效的电流注入。垂直腔面发射激光器（VCSEL）的发光方向垂直于晶圆表面；因此，即使量子点发光，传统的电极布局也会阻碍光的提取。隧道结通过精密的器件工艺，实现了高效的电流流动，并促进了光的提取。

通过整合这两种技术，研究人员利用波长为1550nm的量子点作为发光材料，以13mA的小电流激发VCSEL。此外，偏振波动被消除，从而实现了稳定的输出。

使用量子点作为光增益材料的VCSEL能够保持温度稳定性，并具有可扩展的结构，从而实现量产。研究人员的目标是对基于量子点的VCSEL技术进行深入研究，以进一步提升5G时代之后光纤通信系统的容量并降低功耗。

该研究发表在《光学快讯》（ Optics Express）上（www.doi.org/10.1364/OE.551300）。