Forskere forbedrer halvlederlaser på silicium

Elektroingeniørforskere har øget driftstemperaturen for en lovende ny halvlederlaser på siliciumsubstrat, flytte det et skridt tættere på mulig kommerciel anvendelse.

Udviklingen af ​​en "optisk pumpet" laser, lavet af germaniumtin dyrket på siliciumsubstrater, kunne føre til hurtigere mikrobehandlingshastighed af computerchips, sensorer, kameraer og andre elektroniske enheder - til meget lavere omkostninger.

"I en relativt kort tidsperiode - omkring to år - er vi gået fra 110 Kelvin til en rekordtemperatur på 270K, " sagde Shui-Qing "Fisher" Yu, lektor i elektroteknik. "Vi er nu meget tæt på stuetemperaturdrift og bevæger os hurtigt i retning af påføring af et materiale, der kan øge bearbejdningshastigheden betydeligt med meget mindre strømforbrug."

Yu leder et multi-institutionelt team af forskere om at udvikle en laser injiceret med lys, ligner en indsprøjtning af elektrisk strøm. Den forbedrede laser dækker et bredere bølgelængdeområde, fra 2 til 3 mikrometer, og bruger en lavere lasertærskel, mens den er i stand til at operere ved 270 Kelvin, hvilket er omkring 26 Farenheit.

"Forbedringen er baseret på en enkel, dog delikat struktur, " sagde Yiyin Zhou, ph.d.-kandidat i Microelectronics-Photonics Program, hovedforfatter af papiret og medlem af Yus forskningsgruppe. "Takket være den modne epitaksiale vækstteknik, vi kunne få en højkvalitetslegering med tinindhold så højt som 20 procent, som er den vigtigste nøgle til den nuværende præstation."

Germaniumtin udnytter effektiv lysudsendelse, en funktion, som silicium, standard halvleder til computerchips, ikke kan gøre. Yu og andre materialeforskere har fokuseret på at dyrke germaniumtin på siliciumsubstrater for at bygge en optoelektronik "superchip", der kan transmittere data meget hurtigere end nuværende chips. I 2016 Yu og kolleger rapporterede om fremstillingen af ​​deres første generation, optisk pumpet laser.

Det bredere bølgelængdeområde betyder potentielt mere kapacitet til at transmittere data, og en lavere lasertærskel og højere driftstemperatur letter lavere strømforbrug, som holder omkostningerne nede og hjælper med designenkelhed.

Nemt integreret i elektroniske kredsløb, såsom dem, der findes i computerchips og sensorer, germaniumtin som halvledende materiale kan føre til udvikling af billige, letvægts, kompakte og lavt strømforbrugende elektroniske komponenter, der bruger lys til informationstransmission og sensing.

De nye resultater blev rapporteret i ACS Fotonik .