Viimeinen puuttuva piifotoniikan pala

Kansainvälinen tutkimusryhmä esittelee ensimmäisen sähköisesti pumpattavan jatkuvan aallon puolijohdelaserin, joka sopii saumattomaan pii-integraatioon

Forschungszentrum Jülichin, FZJ:n, Stuttgartin yliopiston ja Leibniz Institute for High Performance Microelectronics (IHP) tutkijat ovat yhdessä ranskalaisen CEA-Letin kanssa kehittäneet ensimmäisen sähköisesti pumpattavan jatkuvan aallon puolijohdelaserin, joka koostuu yksinomaan jaksollisen taulukon neljännestä ryhmästä eli piiryhmästä.

Uusi laser on rakennettu pinotuista erittäin ohuista piigermanium -tina- ja germanium-tinakerroksista. Se on ensimmäinen laatuaan suoraan piikiekolle kasvatettu laser, joka avaa uusia mahdollisuuksia sirulle integroidulle fotoniikalle.

Viime vuosina on edistytty merkittävästi optisesti aktiivisten komponenttien monoliittisessa integroinnissa piisiruille. Avainkomponentteja, mukaan lukien tehokkaat modulaattorit, valoilmaisimet ja aaltoputket, on kehitetty.

Pitkäaikainen haaste on kuitenkin ollut tehokkaan, sähköisesti pumpattavan valonlähteen puute, joka käyttää vain ryhmän IV puolijohteita.

Tähän asti tällaiset valonlähteet ovat perinteisesti luottaneet III-V-materiaaleihin, jotka ovat vaikeita ja siksi kalliita integroida piin kanssa.

Tämä uusi laser korjaa tämän aukon tehden siitä yhteensopivan perinteisen siruvalmistuksen CMOS-tekniikan kanssa ja soveltuu saumattomaan integrointiin olemassa oleviin piin valmistusprosesseihin. Siksi sitä voidaan pitää "viimeisenä puuttuvana kappaleena" piifotoniikan työkalupakkauksessa.

Tutkijat ovat nyt ensimmäistä kertaa osoittaneet jatkuvan aallon toiminnan sähköisesti pumpatussa ryhmän IV laserissa piillä. Toisin kuin aikaisemmat germaniumtinalaserit, jotka perustuivat korkean energian optiseen pumppaukseen, tämä uusi laser toimii pienellä virtainjektoinnilla, vain 5 milliampeeria 2 voltilla, mikä on verrattavissa valodiodin energiankulutukseen.

Edistyksellisellä monen kvanttikaivon rakenteella ja rengasgeometrialla laser minimoi virrankulutuksen ja lämmöntuoton mahdollistaen vakaan toiminnan 90 Kelviniin tai miinus 183,15 Celsius-asteeseen.

Se on kasvatettu tavallisilla piikiekoilla ja se edustaa ensimmäistä todella "käyttökelpoista" Group IV laseria, vaikka lisäoptimointeja tarvitaan laskemaan edelleen laserointikynnystä ja saavuttamaan huonelämpötilainen toiminta.

Tutkijoiden mukaan tämän uuden saavutuksen myötä visio piifotoniikasta, joka tarjoaa all-in-one-ratkaisun seuraavan sukupolven mikrosiruille, on nyt ulottuvilla.

Aiheesta aiemmin:

Lasereille skaalautuvuutta ja yksinapaisia pulsseja

Lasereita piisirulle ja hiukkaskiihdyttimiin

Piilaser saa tehonsa ääniaalloilla