Создан первый в мире лазер, полностью изготовленный из кремния - «Наука и технологии»

Интегрированная кремниевая фотоника заключает в себе микроэлектронные, оптоэлектронные узлы и компоненты, и такая комбинация может обеспечить прорывы во множестве областей, включая коммуникации, освещение, технологии отображения информации и т.п. Но для того, чтобы обеспечить полную интеграцию кремниевой фотоники в структуру полупроводниковых чипов требуются лазеры, изготовленные полностью из совместимых материалов, из кремния, в идеале. Однако, оптические свойства кремния на порядок или два хуже свойств полупроводников III-V группы, поэтому до последнего времени исследователям приходилось идти на компромиссы и создавать лазеры из полупроводниковых материалов, имеющих слабый уровень совместимости с существующими производственными технологиями.

Не так давно, группа исследователей из Фуданьского университета, Китай, создала первый в мире полностью кремниевый лазер, использовав для этого кремниевые нанокристаллы, обладающие из-за своих малых размеров высокими оптическими свойствами. Из этих нанокристаллов при помощи специального метода выращивания, бала изготовлена высокоплотная кремниевая пленка, благодаря которой была получена эффективность нового лазера, сопоставимая с эффективностью подобных лазеров из арсенида галлия (GaAs) или фосфида индия (InP).

Поверхность кремниевого основания будущего лазера была пассивирована при низкой температуре и при высоком давлении, и на ней была создана резонансная впадина, форма которой обеспечивала оптическую распределенную обратную связь. Эта обратная связь отлично сработала при определенном уровне накачки лазера, по достижению которого ширина спектрального пика, области спектра, на которую приходится максимальное количество излучаемого света, сузилась со 120 до 7 нанометров.

Процесс изготовления кремниевых лазеров продемонстрировал на удивление достаточно высокую воспроизводимость и повторяемость параметров лазеров. Пик спектра излучения всех четырех изготовленных опытных образцов лежал в пределах от 760 до 770 нанометров. Причиной этих незначительных различий стали различия в значениях коэффициента преломления кремниевого материала, буквально спрессованного из кремниевых нанокристаллов.

Отметим, что новый кремниевый лазер сейчас использует оптическую накачку, т.е. для его работы требуется свет из внешнего источника. Тем не менее, создание этого лазера является лишь первым шагом на пути к созданию полностью кремниевого лазера с электрической накачкой.