Forskere demonstrerede 1,3 μm submilliamp tærskel kvantepunktmikrolasere på Si

For årtier siden, Moores lov forudsagde, at antallet af transistorer i et tæt integreret kredsløb fordobles cirka hvert andet år. Denne forudsigelse har vist sig at være rigtig i de sidste par årtier, og jagten på stadig mindre og mere effektive halvlederenheder har været en drivkraft i teknologiens gennembrud.

Med et vedvarende og stigende behov for miniaturisering og storstilet integration af fotoniske komponenter på siliciumplatformen til datakommunikation og nye applikationer i tankerne, en gruppe forskere fra Hong Kong University of Science and Technology og University of California, Santa Barbara, med succes demonstreret rekordsmå elektrisk pumpede mikrolasere epitaksielt dyrket på industristandard (001) siliciumsubstrater i en nylig undersøgelse. En submilliamp tærskel på 0,6 mA, emittering ved det nær-infrarøde (1,3?m) blev opnået for en mikrolaser med en radius på 5 μm. Tærsklerne og fodsporene er størrelsesordener mindre end de tidligere rapporterede lasere epitaksialt dyrket på Si.

Deres resultater blev offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Optica den 4. august 2017 (DOI:10.1364/OPTICA.4.000940).

"Vi demonstrerede de mindste strømindsprøjtnings-QD-lasere direkte dyrket på industristandard (001) silicium med lavt strømforbrug og høj temperaturstabilitet, " sagde Kei May Lau, Fang professor i ingeniørvidenskab og formand for Institut for Elektronik- og Computerteknik på HKUST.

"Realiseringen af ​​højtydende lasere i mikronstørrelse, der dyrkes direkte på Si, repræsenterer et stort skridt i retning af udnyttelse af direkte III-V/Si-epitaksi som en alternativ mulighed til wafer-bonding-teknikker som on-chip silicium lyskilder med tæt integration og lav strømforbrug."

De to grupper har samarbejdet og har tidligere udviklet kontinuert bølge (CW) optisk pumpede mikrolasere, der opererer ved stuetemperatur, og som blev dyrket epitaksialt på silicium uden germanium bufferlag eller substrat fejlskåret. Denne gang, de demonstrerede rekordsmå elektrisk pumpede QD-lasere epitaksielt dyrket på silicium. "Elektrisk indsprøjtning af mikrolasere er en meget mere udfordrende og skræmmende opgave:For det første, elektrodemetallisering er begrænset af mikrostørrelseshulrummet, hvilket kan øge enhedens modstand og termiske impedans; sekund, hviskegalleritilstanden (WGM) er følsom over for enhver procesfejl, hvilket kan øge det optiske tab, " sagde Yating Wan, en HKUST ph.d.-kandidat og nu postdoc ved Optoelectronics Research Group ved UCSB.

"Som en lovende integrationsplatform, siliciumfotonik har brug for on-chip laserkilder, der dramatisk forbedrer kapaciteten, mens du trimmer størrelse og effekttab på en omkostningseffektiv måde for volumenfremstilling. Realiseringen af ​​højtydende lasere i mikronstørrelse, der dyrkes direkte på Si, repræsenterer et stort skridt i retning af udnyttelse af direkte III-V/Si-epitaksi som en alternativ mulighed til wafer-bindingsteknikker, " sagde John Bowers, Viceadministrerende direktør i AIM Photonics.