Une étude systématique d'une structure simple et générale pour les lasers à semi-conducteurs sur puce par les chercheurs d'A*STAR ouvre la voie à une application beaucoup plus large des lasers à semi-conducteurs intégrés au-delà des systèmes conventionnels à base de silicium.

La capacité d'utiliser, manipuler et détecter la lumière est applicable à de nombreuses technologies, de l'interconnexion de données et de la fibre optique aux capteurs optiques et aux systèmes de stockage optique. De minuscules lasers sont régulièrement intégrés dans des micropuces pour ces applications « optoélectroniques » en utilisant une structure laser à base de silicium bien comprise, mais les structures alternatives et potentiellement plus simples dans les systèmes sans silicium doivent encore être explorées en détail.

L'une de ces applications sans silicium est un nouveau type de système de stockage de données appelé enregistrement magnétique assisté par la chaleur (HAMR), sur laquelle les chercheurs de l'A*STAR Data Storage Institute ont travaillé en tant que technologie de stockage de données de nouvelle génération. HAMR utilise des lasers intégrés pour un chauffage rapide et précis des micro-points d'un support magnétique, mais nécessite que le laser soit formé sur du carbure d'aluminium-titane (AlTiC) plutôt que sur du silicium. Cela a posé à Chee-Wei Lee et à ses collègues un problème important, puisque le substrat de silicium joue un rôle essentiel dans la production de la lumière laser.

"Nous avions besoin de développer un schéma d'intégration générique qui nous permettrait de fabriquer des dispositifs laser sur différents substrats, pas seulement du silicium, " dit Lee. " Pour cela, une structure de réflecteur à facettes est très utile, mais la faible réflectivité des facettes est un problème, et l'utilisation de différents réflecteurs signifie généralement un processus de fabrication plus compliqué et une plus grande probabilité de défaillance de l'appareil."

Les lasers utilisés dans de telles applications transforment le courant électrique en une émission lumineuse. Pour ce faire, ils prennent la lumière produite par un empilement de couches ultrafines d'un semi-conducteur électroluminescent (dans ce cas, l'aluminium-gallium-indium-arséniure), et multiplier la lumière à la longueur d'onde cible en utilisant une cavité résonante formée entre deux réflecteurs.

En concevant une structure laser à facettes prenant en compte l'intégration de processus, Lee et son équipe ont développé un schéma de fabrication pouvant accueillir différents types de réflecteurs sans étapes de traitement supplémentaires. L'équipe a ensuite utilisé ce schéma de fabrication pour tester des réflecteurs à facettes réalisés en déposant un mince film d'or, par modification chimique de la surface, ou en gravant un entrefer (voir image).

Des études des différentes structures laser fabriquées dans le laboratoire A*STAR et des simulations à l'appui ont révélé qu'une fine couche d'or, moins de 100 nm d'épaisseur, offre les meilleures performances en termes de réflectivité des facettes, courant laser minimum, efficacité d'émission et puissance de sortie.

"Nous attendons de nos résultats qu'ils servent de référence pour la recherche et le développement sur les lasers à facettes gravés avec différents réflecteurs, " dit Lee.