Ученые Калифорнии разработали революционный метод интеграции лазеров в кремниевые чипы
Долгое время создание фотонных чипов, способных обрабатывать световые сигналы на единой кремниевой платформе, сталкивалось с серьёзной преградой — проблемой встраивания источников света. Кремний прекрасно управляется с передачей оптических сигналов, но сам по себе не генерирует свет. Для этого требуются материалы III-V групп — например, арсенид индия, известный высокой световой эффективностью. Однако их совмещение с кремниевой основой было сопряжено с фундаментальными различиями в кристаллической структуре и тепловом расширении, что приводило к дефектам и снижало производительность устройств.
Группа исследователей под руководством Розалин Косчицы из Калифорнийского университета добилась значительного прорыва в этой области. Учёные разработали метод монолитной интеграции лазеров на квантовых точках в кремниевые фотонные чипы, устранив ключевые препятствия. Их работа открывает путь к массовому производству компактных и высокоэффективных фотонных устройств.
Новый подход включает три ключевых инновации. Во-первых, «карманная лазерная платформа» — особая технология, при которой на кремниевой пластине создаются специальные углубления для размещения гетероэпитаксиальных устройств. Во-вторых, комбинация двух методов выращивания материала — металлоорганического химического осаждения из газовой фазы и молекулярно-лучевой эпитаксии. Это позволяет минимизировать зазор между лазером и волноводом, а также снижает количество кристаллических дефектов. В-третьих, использование полимера бензоциклобутена для заполнения зазоров между лазером и кремниево-нитридным волноводом — это улучшает передачу света.
Результаты впечатляют: такие устройства при температуре 35 °C могут работать до 6,2 лет, что сопоставимо с автономными лазерами на кремниевых подложках. Разработка открывает перспективы для массового применения в передаче данных, телекоммуникациях и других высокотехнологичных областях.
