Att kombinera kisel med en ljusproducerande halvledare kan hjälpa till att utveckla lasrar i mikrometer, visar Doris Keh-Ting Ng och hennes kollegor från A*STAR Data Storage Institute.

Kisel har revolutionerat tillverkningen av elektriska apparater. Denna rikliga halvledare bearbetas enkelt till små komponenter, såsom transistorer, använda metoder som är skalbara till industriella nivåer, vilket möjliggör produktion av hundratusentals element på ett enda chip. Elektroniska ingenjörer vill ytterligare utöka funktionaliteten för dessa integrerade kretsar genom att göra det möjligt för dem att skapa, manipulera och upptäcka ljus.

Dessa optoelektroniska enheter kan påskynda behandlingen av digital information, och leda till mikrometer-skala lasrar, för användning i streckkodsläsare till exempel. Problemet, dock, är att kisel inte är en effektiv ljusgenerator.

Ngs team designade och producerade en laser som är kompatibel med kiseltillverkningstekniker genom att kombinera kisel och ett annat halvledarmaterial som kan producera ljus:indiumgalliumarsenidfosfid (InGaAsP). "Våra resultat visar ett lovande tillvägagångssätt för effektiva och kompakta aktiva optoelektroniska enheter på kisel med ett mycket tunt III-V halvledarskikt, "säger Ng.

En avgörande faktor i alla laserstrukturer är optisk återkoppling:förmågan att fånga ljus i strukturen för att driva ytterligare ljusgenerering. I konventionella lasrar, detta görs genom att placera en spegel på vardera sidan av det ljusgenererande området. Istället, Ng och teamet använde en cylindrisk enhetsgeometri. Detta fångade en del av det genererade ljuset på enhetens väggar och tvingade det att sprida sig runt inuti cylindern. Detta kallas ett viskande galleriläge eftersom samma effekt fångar upp ljudvågor i ett cirkulärt rum, till exempel en katedralkupol.

Teamet började med ett kiselsubstrat, på vilka de avsatte ett tunt lager av kiseloxid. Den optiskt aktiva InGaAsP -filmen, bara 210 nanometer tjock, tillverkades separat och bindades sedan ovanpå kiseloxiden. Teamet etsade sedan igenom en del av materialet för att skapa cylindrar antingen två eller tre mikrometer i diameter. De tre mikrometer enheterna avger laserljus med en våglängd på 1, 519 nanometer, mycket nära det som används i kommersiella optiska kommunikationssystem.

En unik egenskap hos den här enheten är att det viskande galleriläget sträcker sig över både kisel- och InGaAsP -regionerna. InGaAsP ger ljusförstärkning medan kislet passivt styr ljuset. "Därefter hoppas vi kunna tillämpa dessa idéer på enheter som arbetar vid rumstemperatur, "säger Ng." Drift vid högre temperatur kräver finjustering av laserdesign och tillverkning. "