Кремній не найкращий матеріал для створення напівпровідникових лазерів. Але він залишається самим недорогим і доступним сировиною для виробництва мікросхем. Поліпшити характеристики лазерів і зберегти простоту обробки кремнієвих пластин-це давня мрія для просування кремнієвої фотоніки, адже подальше підвищення пропускної здатності і продуктивності процесорів і прискорювачів без оптики в чіпах представляється складним і неефективним.
Джерело зображення: laser&photonics reviews
Несподіваний прорив у справі простого і доступного для сучасних технологій виробництва лазерів на кремнієвій підкладці зробила аспірантка хадіджа міараббас кіані (khadijeh miarabbas kiani) з канадського державного університету макмастера. Ідея винаходу повністю належить їй, як і основні кроки на шляху до експерименту. Тому хадіджа стала провідним автором статті за проектом, яка була опублікована у виданні laser&photonics reviews.
Сучасні напівпровідникові лазери являють собою складні багатокомпонентні гетерогенні структури, в яких кремній не використовується для випускання фотонів. Хадіджа придумала кремнієву структуру, яка сама стає високоефективним джерелом фотонів. Фактично вона спроектувала оптичний резонатор без залучення дорогих з’єднань і складних техпроцесів.
Резонатор являє собою мініатюрний витравлений в кремнієвій підкладці диск з звужується зазором між ним і сусідньої рельєфною кремнієвої структурою. За допомогою одноетапного напилення на диск і сусідні поверхні наноситься плівка телуриту, легованого тулієм. Плівка з цих рідкоземельних матеріалів підсилює оптичний сигнал від резонатора і перетворює структуру в ефективне джерело фотонів. Техпроцес, як бачимо, дуже і дуже простий, якщо його порівнювати з тим, як лазери виробляються сьогодні.
Джерело зображення: dan kim/mcmaster university
Гібридний лазер накачується на стандартних телекомунікаційних довжинах хвиль близько 1,6 мкм і демонструє стабільне одномодове випромінювання на 1,9 мкм, з ефективністю 60% і вихідною потужністю більше 1 мвт на кристалі. Лазер дуже перспективний для нових комунікаційних і сенсорних додатків і відкриває нові можливості для розробки монолітних рідкоземельних оптичних підсилювачів і лазерів безпосередньо на кремнії.
На новому етапі досліджень група за участю хадіджі міараббас кіані почне розробляти техпроцес для інтеграції кремнієвих лазерів безпосередньо в структурі кремнію, а не на його поверхні. Очевидно, це шлях до 3d-компонування оптичних джерел в чіпах-наступний щабель у розвитку напівпровідникового виробництва.
