胶体量子点片上光源：集成光子器件的技术突破与展望

近日，南方科技大学王恺团队与深圳技术大学吴丹团队在期刊《Chip》上联合发表题为《Integrated colloidal quantum dot devices for on-chip light sources》的长篇综述，系统总结了胶体量子点在集成光子学中作为片上光源的研究进展。以下为核心内容梳理：

一、研究背景与核心价值

光子集成电路的迫切需求

为应对信息时代对高速数据传输、宽带能力及低功耗运算的需求，光子集成电路（PICs）成为替代传统电子芯片的关键技术。片上光源是PICs的核心组件，但传统III-V族半导体光源存在成本高、硅基集成工艺复杂等问题。

胶体量子点的差异化优势

CQDs具备发光波长精准可调、溶液法制备成本低、易于异质集成（可直接“印刷”到硅基芯片）等特性，为片上光源提供了一条高性价比技术路径。

二、技术演进：从材料突破到器件集成

材料结构迭代驱动性能提升

早期核壳结构：界面缺陷多、载流子俄歇复合快，限制发光效率；

合金化梯度核壳结构：通过成分渐变抑制缺陷与非辐射复合，显著提升自发辐射与受激辐射性能，推动量子点发光二极管（QLEDs）和激光器性能突破。

四大集成器件路径与应用场景

波导耦合CQD光源：实现CQDs与氮化硅波导高效耦合，展现片上光源潜力；

超表面集成CQD激光器：通过调控光场分布降低激光阈值，并精准操控偏振、方向等发射特性；

光学腔集成单光子源：为量子通信、量子计算提供高性能光子发射器；

电泵浦CQD激光器（攻关方向）：当前研究重点，尚未完全突破，但已通过电流聚焦结构、脉冲注入等技术实现光学增益。

三、关键技术挑战与突破方向

当前核心瓶颈

材料端：需进一步降低CQDs散射损耗、延长俄歇寿命（减少非辐射能量损失）；

工艺端：优化异质集成工艺以提升光耦合效率；

可靠性：改善器件长期稳定性与环境耐受性（如温度、湿度影响）。

未来技术路径

光子结构创新：结合超表面、光子晶体增强光-物质相互作用，开发新型激光器；

间接电泵浦方案：通过高性能LED驱动CQDs发光，作为迈向全电泵浦激光器的过渡路径。

四、产业应用前景与A股关联展望

潜在产业化方向

短中期：量子点发光器件（QLEDs）在微显示、AR/VR光学模组的应用；

中长期：若电泵浦CQD激光器突破，将直接赋能光通信、数据中心、光子计算芯片等领域。

A股相关领域跟踪要点

1、材料与设备企业：关注量子点材料合成、半导体微纳加工设备公司；

$激智科技(SZ300566)$ ：长期布局量子点膜、OLED材料等高端光学膜。
$莱特光电(SH688150)$ ：OLED有机材料龙头，其研发能力可向量子点材料延伸。
鼎龙股份：在半导体CMP材料、柔性显示材料（PI浆料）有深厚积累，具备新材料研发平台。

北方华创：国内半导体设备平台型龙头，产品线覆盖刻蚀、PVD、CVD等关键工艺。
中微公司：刻蚀设备龙头，在硅基和化合物半导体刻蚀领域技术领先。
芯源微：涂胶显影设备国内领先，前道设备已进入大生产线。

2、光芯片产业链：涉及光模块、硅光技术、半导体激光器企业需关注CQDs技术成熟度对传统方案的替代潜力；

中际旭创 / 新易盛：全球光模块龙头，其核心竞争力在于光电器件封装、电路设计和规模化制造能力。新技术是机遇也是挑战，龙头公司的整合能力更强。

$天孚通信(SZ300394)$ ：光器件平台，提供光引擎、透镜、隔离器等基础元件。其精密制造能力是支撑多种技术路线的基石。

光迅科技：国内光器件龙头，在硅光芯片研发和产业化方面布局较早。

长光华芯：高功率半导体激光芯片龙头，技术壁垒高。短期内业务聚焦领域与CQDs不同，但需警惕长远的技术颠覆风险。
源杰科技：主营磷化铟DFB/FP激光器芯片，是数据中心、5G等传统光通信领域的核心供应商。

该综述明确了CQDs作为片上光源的技术可行性与产业化路径，其突破将可能重塑未来光芯片技术格局。投资者需关注国内外头部科研机构及企业在该领域的研发进展，同时理性评估技术商业化时间表。