La photonique sur silicium intégrée intègre la microélectronique et l'optoélectronique, une combinaison qui devrait révolutionner une variété de domaines tels que la communication, sentir, éclairage, affiche, imagerie et détection. Les lasers au silicium sont la clé pour réaliser une photonique au silicium intégrée. Cependant, les gains optiques du silicium sont inférieurs d'un ou deux ordres de grandeur à ceux des semiconducteurs composites III-V, en raison de sa fonction de bande interdite indirecte. Bien que la fabrication de lasers composés III-V mûris sur des substrats de silicium ait été proposée pour contourner ce problème, le développement du laser tout silicium est souhaité pour la photonique silicium intégrée en raison d'une meilleure compatibilité avec les techniques modernes du silicium.

Récemment, une équipe de recherche commune dirigée par le Pr X. Wu, Prof. M. Lu et Prof. S.-Y. Zhang de l'Université de Fudan a développé le premier laser tout silicium au monde utilisant des nanocristaux de silicium avec des gains optiques élevés. D'abord, ils ont grandement amélioré l'intensité d'émission du silicium en développant une technique de croissance de film pour les nanocristaux de silicium à haute densité ( Physique E , 89, 57-60 (2017)). Ensuite, ils ont développé une approche de passivation haute pression basse température, ce qui a contribué à une pleine saturation des liens pendants, conduisant à des gains optiques accrus comparables à ceux obtenus par l'arséniure de gallium (GaAs) et le phosphure d'indium (InP). Sur cette base, ils ont conçu et fabriqué des cavités de résonance à rétroaction distribuée (DFB) et réalisé avec succès des lasers DFB tout silicium à pompage optique. Le laser tout silicium à pompage optique ouvre également la voie à la réalisation d'un laser tout silicium à pompage électrique.

Le gain optique des nanocristaux de silicium a été constamment amélioré au fur et à mesure de la passivation et a finalement atteint la valeur comparable à celles de GaAs et InP. Caractéristiques durables :l'effet de seuil, la dépendance à la polarisation, le rétrécissement spectral significatif et la petite dispersion de l'angle de divergence de l'émission stimulée ont été atteints, suggérant la réalisation d'un laser tout silicium à pompage optique. Les lasers ont également montré une répétabilité fiable. Les pics d'effet laser des quatre échantillons supplémentaires réalisés dans des conditions de fabrication similaires se situaient dans la plage spectrale de 760 nm à 770 nm. La variation du pic laser était due à la légère différence des indices de réfraction effectifs. La pleine largeur au demi-maximum (FWHM) du pic d'émission a été réduite de ~ 120 nm à 7 nm lorsque le laser a été pompé au-dessus du seuil.