La combinaison du silicium avec un semi-conducteur produisant de la lumière peut aider à développer des lasers à l'échelle micrométrique, montre Doris Keh-Ting Ng et ses collègues du A*STAR Data Storage Institute.

Le silicium a révolutionné la fabrication des appareils électriques. Ce semi-conducteur abondant est facilement transformé en composants minuscules, comme les transistors, en utilisant des méthodes évolutives à des niveaux industriels, permettant ainsi la production de centaines de milliers d'éléments sur une seule puce. Les électroniciens souhaitent étendre encore les fonctionnalités de ces circuits intégrés en leur permettant de créer, manipuler et détecter la lumière.

Ces dispositifs optoélectroniques pourraient accélérer le traitement de l'information numérique, et conduire à des lasers à l'échelle micrométrique, pour une utilisation dans les scanners de codes-barres par exemple. Le problème, cependant, est que le silicium n'est pas un générateur de lumière efficace.

L'équipe de Ng a conçu et produit un laser compatible avec les techniques de fabrication du silicium en combinant du silicium et un autre matériau semi-conducteur capable de produire de la lumière :le phosphure d'arséniure d'indium et de gallium (InGaAsP). "Nos résultats démontrent une approche prometteuse pour des dispositifs optoélectroniques actifs efficaces et compacts sur silicium utilisant une couche semi-conductrice très mince III-V, " dit Ng.

Une considération cruciale dans toute structure laser est la rétroaction optique :la capacité de piéger la lumière à l'intérieur de la structure pour générer davantage de lumière. Dans les lasers conventionnels, cela se fait en plaçant un miroir de chaque côté de la région génératrice de lumière. Au lieu, Ng et l'équipe ont utilisé une géométrie de dispositif cylindrique. Cela a piégé une partie de la lumière générée sur les parois de l'appareil et l'a forcée à se propager à l'intérieur du cylindre. C'est ce qu'on appelle un mode galerie de chuchotement car le même effet piège les ondes sonores dans une pièce circulaire telle qu'un dôme de cathédrale.

L'équipe a commencé avec un substrat de silicium, sur laquelle ils ont déposé une fine couche d'oxyde de silicium. Le film InGaAsP optiquement actif, seulement 210 nanomètres d'épaisseur, a été fabriqué séparément puis collé sur l'oxyde de silicium. L'équipe a ensuite gravé une partie du matériau pour créer des cylindres de deux ou trois micromètres de diamètre. Les appareils de trois micromètres émettaient une lumière laser avec une longueur d'onde de 1, 519 nanomètres, très proche de celui utilisé dans les systèmes de communications optiques commerciaux.

Une caractéristique unique de cet appareil est que le mode de galerie de chuchotement s'étend à la fois sur les régions de silicium et d'InGaAsP. L'InGaAsP fournit une amplification de la lumière tandis que le silicium guide passivement la lumière. "Nous espérons ensuite appliquer ces idées à des appareils fonctionnant à température ambiante, ", explique Ng. "Le fonctionnement à une température plus élevée nécessitera un réglage fin de la conception et de la fabrication du laser."