En systematisk studie av en enkel och allmän struktur för halvledarlasrar på chip av A*STAR-forskare sätter scenen för en mycket bredare tillämpning av integrerade halvledarlasrar utöver konventionella kiselbaserade system.

Möjligheten att använda, manipulera och känna av ljus är tillämpligt på många tekniker, från datasammankoppling och fiberoptik till optiska sensorer och optiska lagringssystem. Små lasrar integreras rutinmässigt i mikrochips för dessa "optoelektronik"-applikationer med hjälp av en välförstådd kiselbaserad laserstruktur, men alternativa och potentiellt enklare strukturer i icke-kiselsystem har ännu inte undersökts i detalj.

En sådan icke-kiselbaserad applikation är en ny typ av datalagringssystem som kallas värmeassisterad magnetisk inspelning (HAMR), som forskare vid A*STAR Data Storage Institute har arbetat med som nästa generations datalagringsteknologi. HAMR använder integrerade lasrar för snabb och exakt mikropunktsuppvärmning av ett magnetiskt medium, men kräver att lasern formas på aluminium-titan-karbid (AlTiC) snarare än kisel. Detta ställde Chee-Wei Lee och hans kollegor inför ett betydande problem, eftersom kiselsubstratet spelar en integrerad roll för att producera laserljus.

"Vi behövde utveckla ett generiskt integrationsschema som skulle göra det möjligt för oss att tillverka laserenheter på olika substrat, inte bara kisel, " säger Lee. "För detta, en facettreflektorstruktur är mycket användbar, men låg facettreflektivitet är ett problem, och att använda olika reflektorer innebär vanligtvis en mer komplicerad tillverkningsprocess och större risk för enhetsfel."

Lasrarna som används i sådana applikationer förvandlar elektrisk ström till en ljusemission. De gör detta genom att ta ljus som produceras av en stapel av ultratunna lager av en ljusemitterande halvledare (i detta fall aluminium-gallium-indium-arsenid), och multiplicera ljus vid målvåglängden med användning av en resonanshålighet bildad mellan två reflektorer.

Genom att designa en fasetterad laserstruktur med hänsyn till processintegration, Lee och hans team utvecklade ett tillverkningsschema som kan rymma olika typer av reflektorer utan ytterligare bearbetningssteg. Teamet använde sedan detta tillverkningsschema för att testa facettreflektorer gjorda genom att deponera en tunn guldfilm, genom kemisk modifiering av ytan, eller genom att etsa en luftspalt (se bild).

Studier av de olika laserstrukturerna tillverkade i A*STAR-laboratoriet och stödjande simuleringar visade att ett tunt guldlager, mindre än 100 nm tjock, gav den bästa prestandan när det gäller facettreflektivitet, minsta laserström, utsläppseffektivitet och uteffekt.

"Vi förväntar oss att våra resultat ska fungera som riktmärke för forskning och utveckling av etsade facettlasrar med olika reflektorer, " säger Lee.