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本校團隊成功研發全球最小的半導體雷射 獲國際著名期刊「科學」刊登【2012.08.07秘書處】

 由本校物理系果尚志教授所整合的國際研究團隊,日前成功突破傳統半導體雷射「繞射極限」,開發出史上最小的半導體奈米雷射。這項研究成果已於7月27日發表於國際著名期刊「科學(Science)」雜誌。7月30日陳力俊校長率領包括本校、美國德州大學奧斯汀分校、交通大學等多位團隊成員赴國科會召開記者會,研究成果獲得廣泛的報導。

 
半導體雷射的微小化是未來發展高速、寬頻、低功耗光運算器與光通訊系統的關鍵。但是傳統半導體雷射受限於光學繞射極限,如何成功發展出可突破繞射極限的新型半導體雷射已成為當今光電與材料科技之重要挑戰。
 
在本研究中,美國德州大學奧斯汀分校施至剛教授的實驗室利用新穎量子磊晶方法(Quantum Epitaxial Growth),成長原子級平坦的單晶銀膜於矽基板上;此銀膜具極佳的結晶性質,在研究中用來製作低能量損耗的電漿子共振腔。而在半導體增益介質部份,果尚志教授的實驗室則利用分子束磊晶方法(Molecular-Beam Epitaxy, MBE)成長氮化銦鎵/氮化鎵(InGaN/GaN)核殼(Core-Shell)結構奈米柱。
 
作為綠光發光增益介質的InGaN除了具有極高的光增益係數,陳力俊教授的實驗室更利用超高解析球面像差修正穿透式電子顯微鏡,驗證了扮演增益介質角色的InGaN/GaN奈米柱具有完美結晶特性及核殼結構。
 
第一作者物理系博士班二年級的呂宥蓉同學成功地將單根奈米柱與低損耗的電漿子共振腔結合,實現了可以連續波方式出光且具有極低雷射臨界功率(Lasing Threshold)的電漿子奈米雷射。而交通大電子物理系張文豪副教授的實驗室也提供重要的單光子量測技術,首次證實了電漿子雷射的時間同調性。
 
果教授表示,因當前光的元件沒辦法縮小,所以光纖通信雖然快速,但是電腦中CPU的計算還是利用電子運算的方式。他說,未來若能把光元件縮小,做成光晶片,將可讓速度提高到比現在電子晶片快1千倍。但是,他也提到,研究成果雖然初步證明電漿奈米雷射可突破光學繞射極限,但要整合成實際產品還尚有部分工作需要解決。
 
本研究成果開啟一個全新的途徑,提供一個主動式奈米電漿子系統(Active Plasmonic System)的典範。研究成果除了能促成在單一矽晶片上整合電漿子及奈米電子元件的發展平台,並能為未來發展積體整合型高速、寬頻、低功耗光世代科技開啟歷史性的一頁。
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