Il y a des décennies, la loi de Moore prévoyait que le nombre de transistors dans un circuit intégré dense double approximativement tous les deux ans. Cette prédiction s'est avérée exacte au cours des dernières décennies, et la quête de dispositifs à semi-conducteurs toujours plus petits et plus efficaces a été une force motrice dans les percées technologiques.

Avec un besoin persistant et croissant de miniaturisation et d'intégration à grande échelle de composants photoniques sur la plate-forme de silicium pour la communication de données et les applications émergentes à l'esprit, un groupe de chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong et de l'Université de Californie, Santa Barbara, a démontré avec succès des micro-lasers à pompage électrique d'une taille record, développés par épitaxie sur des substrats de silicium standard (001) dans une étude récente. Un seuil submilliampère de 0,6 mA, l'émission dans le proche infrarouge (1,3 µm) a été réalisée pour un micro-laser de rayon 5 µm. Les seuils et les empreintes sont des ordres de grandeur plus petits que ceux des lasers précédemment rapportés épitaxiés sur Si.

Leurs découvertes ont été publiées dans la prestigieuse revue Optique le 4 août, 2017 (DOI :10.1364/OPTICA.4.000940).

"Nous avons démontré les plus petits lasers QD à injection de courant directement développés sur du silicium standard (001) avec une faible consommation d'énergie et une stabilité à haute température, " a déclaré Kei May Lau, Professeur Fang d'ingénierie et professeur titulaire du département d'ingénierie électronique et informatique de la HKUST.

« La réalisation de lasers haute performance de la taille du micron directement développés sur Si représente une étape majeure vers l'utilisation de l'épitaxie directe III-V/Si comme alternative aux techniques de liaison de plaquettes en tant que sources lumineuses en silicium sur puce avec une intégration dense et une faible consommation d'énergie."

Les deux groupes ont collaboré et ont déjà développé des micro-lasers à pompage optique à onde continue (CW) fonctionnant à température ambiante qui ont été épitaxiés sur du silicium sans couche tampon en germanium ni erreur de découpage du substrat. Cette fois, ils ont démontré des lasers QD à pompage électrique d'une taille record, développés par épitaxie sur du silicium. « L'injection électrique de micro-lasers est une tâche beaucoup plus difficile et intimidante :tout d'abord, la métallisation des électrodes est limitée par la cavité de taille micro, ce qui peut augmenter la résistance de l'appareil et l'impédance thermique ; seconde, le mode galerie de chuchotement (WGM) est sensible à toute imperfection de processus, ce qui peut augmenter la perte optique, " a déclaré Yating Wan, titulaire d'un doctorat HKUST et maintenant chercheur postdoctoral au groupe de recherche en optoélectronique de l'UCSB.

"En tant que plate-forme d'intégration prometteuse, la photonique sur silicium a besoin de sources laser sur puce qui améliorent considérablement la capacité, tout en réduisant la taille et la dissipation de puissance de manière rentable pour la fabrication en volume. La réalisation de lasers micrométriques haute performance directement développés sur Si représente une étape majeure vers l'utilisation de l'épitaxie directe III-V/Si comme alternative aux techniques de collage de plaquettes, " dit John Bowers, Directeur Général Adjoint d'AIM Photonics.