Kombination af silicium med et optisk aktivt materiale muliggør små lasere til industrien

Kombination af silicium med en lysproducerende halvleder kan hjælpe med at udvikle lasere i mikrometer, viser Doris Keh-Ting Ng og hendes kolleger fra A*STAR Data Storage Institute.

Silicium har revolutioneret fremstillingen af ​​elektriske apparater. Denne rigelige halvleder behandles let til små komponenter, såsom transistorer, ved hjælp af metoder, der er skalerbare til industrielle niveauer, hvilket muliggør produktion af hundredtusinder af elementer på en enkelt chip. Elektroniske ingeniører vil gerne udvide funktionaliteten af ​​disse integrerede kredsløb yderligere ved at sætte dem i stand til at oprette, manipulere og registrere lys.

Disse optoelektroniske enheder kunne fremskynde behandlingen af ​​digitale oplysninger, og føre til mikrometer-skala lasere, til brug i stregkodescannere f.eks. Problemet, imidlertid, er, at silicium ikke er en effektiv lysgenerator.

Ngs team designede og producerede en laser, der er kompatibel med siliciumfabrikationsteknikker ved at kombinere silicium og et andet halvledermateriale, der kan producere lys:indium gallium arsenidphosphid (InGaAsP). "Vores resultater viser en lovende tilgang til effektive og kompakte aktive optoelektroniske enheder på silicium ved hjælp af et meget tyndt III-V halvlederlag, «siger Ng.

En afgørende overvejelse i enhver laserstruktur er optisk feedback:evnen til at fange lys i strukturen for at drive yderligere lysgenerering. I konventionelle lasere, dette gøres ved at placere et spejl på hver side af det lysgenererende område. I stedet, Ng og teamet brugte en cylindrisk enhedsgeometri. Dette fangede noget af det genererede lys ved enhedens vægge og tvang det til at forplante sig rundt i cylinderen. Dette kaldes en hviskende galleritilstand, fordi den samme effekt fanger lydbølger i et cirkulært rum, f.eks. En katedralkuppel.

Teamet startede med et siliciumsubstrat, hvorpå de aflejrede et tyndt lag siliciumoxid. Den optisk aktive InGaAsP film, kun 210 nanometer tyk, blev fremstillet separat og derefter limet oven på siliciumoxidet. Holdet ætsede derefter gennem noget af materialet for at skabe cylindre enten to eller tre mikrometer i diameter. De tre mikrometer enheder udsendte laserlys med en bølgelængde på 1, 519 nanometer, meget tæt på det, der bruges i kommercielle optiske kommunikationssystemer.

En unik egenskab ved denne enhed er, at den hviskende galleritilstand strækker sig over både silicium- og InGaAsP -regionerne. InGaAsP giver lysforstærkning, mens silicium passivt styrer lyset. "Dernæst håber vi at anvende disse ideer på enheder, der fungerer ved stuetemperatur, "siger Ng." Drift ved højere temperatur vil kræve finjustering af laserdesign og fremstilling. "