隨著后摩爾時代信息技術(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、強力的抗干擾能力以及豐富的調(diào)制手段，對推進未來信息處理與計算科學領(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體材料，具有優(yōu)異的光電性能，并且經(jīng)過圖案化工藝后表現(xiàn)出非凡的激光和波導特性。因此為實現(xiàn)集成光子芯片提供了一種新的材料平臺。

近日，復旦大學微電子學院器件工藝團隊通過化學氣相沉積法生長出高質(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2460。

在此基礎(chǔ)上，研究團隊進一步制備出多種多功能的集成光子器件，其中包括波導耦合器、Y型分束器、X型耦合器和馬赫-曾德爾干涉儀等，可應用于實現(xiàn)光子芯片上的信號生成、傳輸、分離和調(diào)制等功能。由此基于鈣鈦礦半導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，這些光子器件還可以與其他功能元件結(jié)合，實現(xiàn)更復雜的光信號處理和邏輯運算，為未來的集成光子學和量子信息技術(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）。復旦大學微電子學院教授季力、青年研究員胡申、教授孫清清為共同通訊作者，信息科學與工程學院副研究員王俊為合作通訊作者，微電子學院博士生韓琦為第一作者。

本研究得到國家自然科學基金、科技部重點研發(fā)計劃、上海市科委啟明星計劃的支持。

審核編輯：劉清