Силициевата фотоника използва светлина за предаване на данни, вместо да разчита на електрически сигнали, но тъй като самият силиций не може ефективно да генерира светлина, за целта са необходими лазери като източник на светлина.

Поставянето на лазери върху чипове традиционно е предизвикателство, тъй като силицият - материал, който често се среща в пясъка - не е подходящ за направата на лазери, а най-добрите лазерни материали като галиев арсенид (GaAs), естествено, не работят с него. Съществуващите методи изискват залепване на тези материали върху силиций - процес, който е едновременно скъп и разточителен.

Учени от белгийския изследователски център Imec са предложили решение на този проблем, което включва отглеждане на лазери директно върху силиций. Това откритие може да доведе до по-достъпни и мащабируеми фотонни устройства, които потенциално да променят приложенията в областта на комуникацията на данни, машинното обучение и изкуствения интелект.

Подходът на Imec се основава на наномостове, които ограничават дефектите, които иначе биха влошили работата на лазера.

Започва се с покриване на силициева пластина със слой силициев диоксид и гравиране на редици с форма на стрелички. След това галиевият арсенид се отлага в тези траншеи, където контактува със силиция само в долната си част. Това поставяне запазва всички дефекти погребани в траншеята и не им позволява да се разпространят в горния материал на лазера.

Лазерите използват многобройни квантови ями от индий-галиев арсенид (InGaAs) като област на оптично усилване и са вградени в структура от дотирани p-i-n диоди. Те работят при стайна температура с непрекъснато вълново електрическо впръскване, като достигат прагови токове от 5 mA и изходни мощности до 1.75 mW.

„През последните години Imec е пионер в областта на наномрежовото инженерство - техника, която се основава на SAG [selective-area growth] и ART [aspect-ratio trapping] за отглеждане на III-V наномрежи с ниска дефектност извън траншеите“, казва Бернардет Кунерт, научен директор в Imec.

Лазерите Nanoridge излъчват светлина с дължина на вълната 1020 нанометра, което е по-къса дължина на вълната от тази, която обикновено се използва в телекомуникациите. Изследователите от Imec казват, че работят активно за удължаване на дължината на вълната и за подобряване на дизайна с цел намаляване на дефектите в близост до електрическите контакти. Ако този подход е успешен, той би могъл да осигури мащабируемо и рентабилно решение за интегриране на лазери в силициевата фотоника, проправяйки пътя към високопроизводителните оптични устройства на бъдещето.

Снимка: Unsplash/Imec

Виж още: Nintendo Switch 2 вече е на черния пазар срещу скромните 40 000 долара