近日，南京大学第三代半导体与高能效器件重点实验室庄喆、刘斌团队研制出电泵浦氮化镓基回音壁模式微腔激光器，通过创新结构设计与器件工艺解决了氮化镓基激光器的高阈值、低品质因子、多模激射等难题，实现了稳定单模运行的可见光全向千兆通信新链路，光功率和光带宽获得了显著提升，有望为可见光光纤/自由空间通信、片上集成光子学提供紧凑高效光源。相关研究成果以 “面向光广播通信的全向辐射电泵浦单模微型激光器”（Electrically pumped single-mode micro-lasers with omnidirectional radiation for optical broadcasting communication）为题于2026年2月6日发表于《Science Advances》期刊，（DOI: 10.1126/sciadv.aeb1682）。
研究背景：
高速可见光通信（简称VLC）是先进无线通信领域的核心技术之一，能满足人工智能与大数据服务的海量信息传输需求，而光互连技术（一种用光进行快速数据交换的新技术）也已成为微电子芯片间数据交换的重要方案。无论是高速光通信还是芯片间光互连，都迫切需要一种“紧凑、高调制带宽、低功耗”的微型光源。Micro-LED是当前高速可见光通信的一种重要微型光源，其光互连技术已受到英伟达、台积电等全球先进半导体企业的加速布局。然而，受限于自发辐射和光效Droop机制，Micro-LED输出光功率通常只有几mW，光调制带宽（-3dB）局限在2GHz以下，成为现阶段高速、低噪声可见光通信技术的主要性能瓶颈。
相较之下，微型激光器（Micro-LD）由于其固有的受激辐射机制，能够突破传统LED的自发辐射和光效Droop的固有瓶颈。其中，回音壁模式微型激光器凭借其简单器件结构、横向光耦合特性和超高品质因子（Q值），有望实现片上集成，成为热点研究方向之一。当前，虽然科研人员已成功实现了光泵浦与电泵浦的回音壁模式微盘激光器，但器件还普遍存在高阈值、低Q值、多模激射等核心问题，严重制约了其在光通信中的实际应用。因此，创新设计回音壁模式激光器结构及制造工艺，突破微腔性能瓶颈，是微型激光器走向实际应用的关键。
研究成果概况：
针对上述难题，南京大学团队提出了低损伤微腔刻蚀工艺与横纵向光限制腔结构，显著降低了回音壁模式微腔的侧壁损伤，制备出连续电泵浦的蓝光微盘激光器，阈值可低至0.9kA/cm²，微盘直径可从160μm微缩至10μm，斜率效率超0.4 W/A，外量子效率约13%，为大规模、可重复制造高性能氮化镓基回音壁模式微腔激光器奠定了技术基础。
进一步，团队提出了将微盘腔结构转换为微环腔结构，有效抑制了高阶回音壁模式，在不提升阈值的前提下，实现了室温连续电泵浦的单模回音壁模式激光器，品质因子达17066，较此前报道的品质因子记录提升69%。鉴于回音壁模式激光器的辐射面内各向同性，团队首次提出了单模微型激光器的广播式通信新链路模式，其−3dB带宽超4GHz，且不受发射角度影响；单器件光功率达20mW以上，并成功在自由空间链路、耦合光纤链路两种典型通信场景中完成了高速信号传输的验证，均可支持超 6Gb/s 的非归零码（NRZ）传输，突破了现有可见光通信的功率-带宽瓶颈。
上述研究成果展示了一种紧凑、高功率、单模、横向光耦合的高速微型光源，未来有望应用于高速可见光通信与片上集成光子学，为我国在新一代光电集成技术布局中提供全新解决方案。
图1 连续电泵浦 GaN 基 回音壁模式微盘激光器的电光特性
图2 连续电泵浦 GaN 基 回音壁模式单模微环激光器的电光特性
图3 连续电泵浦 GaN 基回音壁模式微型激光器的高速通信性能
