1 工作简介

         ——电驱动钙钛矿半导体激光器研制成功

半导体激光器是信息技术领域的重要光源，但其依赖外延生长、精密刻蚀等复杂工艺，因此制造成本高、规模化集成难度大。钙钛矿半导体凭借光谱可调、光泵浦下超低激光阈值、可溶液加工等优异特性，成为极具潜力的下一代激光增益材料。这类材料不仅制备成本低，还能与硅基光电子平台高效兼容。过去十余年，全球学者在光驱动钙钛矿激光方向取得了一系列重要进展。然而，这类激光器依赖庞大而昂贵的外部激光源(如飞秒激光)驱动，难以满足实际应用需求。电驱动钙钛矿激光器一直难以实现，是领域的重大科学挑战。

近期，浙江大学狄大卫教授团队在国际上首次实现了电驱动钙钛矿激光器。他们设计了一种集成式“双光学微腔”结构，将高功率微腔钙钛矿LED子单元与高质量单晶钙钛矿微腔子单元紧凑地集成于同一器件，形成垂直堆叠的多层结构。微腔钙钛矿LED子单元在电激励下产生的大量光子，被高效地耦合到单晶钙钛矿微腔中（腔间耦合效率高达82.7%），并激发单晶钙钛矿增益介质产生激光。

图1.电驱动钙钛矿激光器结构及性能表征。

为提高微腔钙钛矿LED子单元的辐射功率密度，作者采用缩小器件面积和脉冲驱动的双重策略，抑制了高电流密度下的发光效率滚降，实现了高达2.5 kA/cm²的最大电流密度和2.5×10⁴ mW/cm²的辐射功率密度。这一较高的光功率被有效传递到单晶钙钛矿微腔中，并支持激光发射。作者开发的双腔钙钛矿器件在脉冲电流驱动下，展现出线宽窄化、输出强度阈值拐点、线性偏振、高斯光斑等典型激光发射特征，最小阈值仅为92 A/cm²，比最先进的电驱动有机激光器还要低一个数量级。器件半衰期（T₅₀）为1.8小时（6.4×10⁴次脉冲）。相比于电驱动有机激光器，电驱动钙钛矿激光器在阈值和稳定性方面均展现出显著优势。此外，器件能在36.2 MHz的带宽下实现调制，在片上数据传输、集成光子芯片、生物医学等领域具有前景。本研究开创了电驱动钙钛矿激光器这一研究方向。

上述成果以“Electrically driven lasing from a dual-cavity perovskite device”为题，于2025年8月27日发表于《Nature》期刊。论文的第一作者为浙江大学邹晨，通讯作者为浙江大学狄大卫、赵保丹和邹晨。作者致谢国家自然科学基金（62405279和62274144）、中央高校青年教师科研创新能力支持项目（ZYGXQNJSKYCXNLZCXM-I25）、浙江省自然科学基金（LZ24F040002）等提供的支持。

2 主要作者简介

主要作者

狄大卫，浙江大学光电学院/国际联合学院(ZJUI)长聘教授、先进光子学国际研究中心副主任，入选教育部人才项目(2025)、浙江省顶尖人才计划(2020)、《麻省理工科技评论》全球青年科技创新35人 (2019)等。

主要研究新型半导体光电器件及器件物理。近年来，狄大卫团队实现了全球首个电驱动钙钛矿激光器；开发了微型与纳米钙钛矿LED，展示了世界最小的LED；实现了钙钛矿半导体的可控p/n型掺杂；实现了超长寿命的钙钛矿LED；实现了连续波钙钛矿极化激元激光；揭示了LED超低电压发光的统一物理机制，在Nature (3)、Science、Nature Photonics (4)、Nature Nanotechnology、Nature Electronics、Nature Communications(3)、Science Advances (2)等期刊发表重要论文。相关成果入选中国光学十大进展(2022)，被人民日报、中央电视台、新华社、中国科学报等报道。

主要作者

赵保丹，浙江大学光电科学与工程学院长聘副教授，竺可桢学院副院长，入选2025年《麻省理工科技评论》全球青年科技创新35人，2025年亚太U35杰出青年领袖榜单，2019年《麻省理工科技评论》中国区青年科技创新35人，2020年阿里巴巴达摩院青橙奖，2020年福布斯中国30岁以下精英榜，2021年福布斯亚洲30岁以下精英榜。

赵保丹的研究工作主要涉及新型半导体光电子器件，特别是钙钛矿发光器件，以及与上述课题有关的器件物理和光物理。作为第一或通讯作者，在高水平期刊发表多篇论文。两次刷新钙钛矿LED的效率纪录，刷新了溶液法LED的亮度纪录，率先实现了超长寿命的钙钛矿LED，为新技术步入实际应用奠定基础。相关成果被Nature News、人民日报等国内外媒体报道。

主要作者

邹晨，浙江大学光电科学与工程学院，特聘研究员。

聚焦新型半导体光电器件，主要从事钙钛矿激光和micro-LED显示等方向的研究。近年来突破钙钛矿图案化瓶颈，实现超高亮度钙钛矿micro-LED阵列；实现超低阈值、连续光泵浦钙钛矿激光；研制出全球首个电驱动钙钛矿激光器。相关成果被中国科学报、科技日报、PhysOrg等媒体报道。以第一/通讯作者身份发表在Nature、Nature Photonics、Science Advances、Advanced Materials、ACS Nano等高水平学术期刊。已授权国际国内发明专利4项。担任Nanotechnology期刊编委，Nanomaterials期刊客座编辑，新质力材料专家智库常务理事。在PIERS等国际国内会议上担任专题主席4次，作邀请报告十余次。

3 原文传递

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09457-2