Сочетание кремния со светообразующим полупроводником может помочь в разработке лазеров микрометрового размера, показывают Дорис Кех-Тинг Нг и ее коллеги из Института хранения данных Агентства по науке, технологиям и исследованиям Сингапура (A * STAR).Кремний произвел революцию в производстве электрических устройств.
Этот обильный полупроводник легко перерабатывается в крошечные компоненты, такие как транзисторы, с использованием методов, масштабируемых до промышленного уровня, что позволяет производить сотни тысяч элементов на одном кристалле. Инженеры-электронщики хотели бы еще больше расширить функциональность этих интегральных схем, позволив им создавать, манипулировать и обнаруживать свет.Эти оптоэлектронные устройства могут ускорить обработку цифровой информации и привести к созданию лазеров микрометрового масштаба, например, для использования в сканерах штрих-кода.
Проблема, однако, в том, что кремний не является эффективным генератором света.Команда Нг разработала и произвела лазер, совместимый с технологиями изготовления кремния, объединив кремний и другой полупроводниковый материал, который может производить свет: фосфид арсенида индия-галлия (InGaAsP). «Наши результаты демонстрируют многообещающий подход к созданию эффективных и компактных активных оптоэлектронных устройств на кремнии с использованием очень тонкого полупроводникового слоя III-V», — говорит Нг.Ключевым моментом в любой лазерной структуре является оптическая обратная связь: способность улавливать свет внутри структуры, чтобы стимулировать дальнейшую генерацию света.
В обычных лазерах это делается путем размещения зеркала по обе стороны от области генерации света. Вместо этого Нг и его команда использовали цилиндрическую геометрию устройства.
Это улавливало часть генерируемого света на стенках устройства и заставляло его распространяться внутри цилиндра. Это называется режимом шепчущей галереи, потому что тот же эффект улавливает звуковые волны в круглой комнате, такой как купол собора.
Команда начала с кремниевой подложки, на которую они нанесли тонкий слой оксида кремния. Оптически активная пленка InGaAsP толщиной всего 210 нанометров была изготовлена отдельно, а затем прикреплена поверх оксида кремния. Затем команда протравила часть материала, чтобы создать цилиндры диаметром два или три микрометра. Трехмикронные устройства излучали лазерный свет с длиной волны 1519 нанометров, что очень близко к тому, что используется в коммерческих системах оптической связи.
Уникальной особенностью этого устройства является то, что режим шепчущей галереи распространяется как на кремний, так и на области InGaAsP. InGaAsP обеспечивает усиление света, в то время как кремний пассивно направляет свет. «Затем мы надеемся применить эти идеи к устройствам, работающим при комнатной температуре», — говорит Нг. «Работа при более высоких температурах потребует точной настройки конструкции и изготовления лазера».