Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST) ont développé une nouvelle technique d'intégration pour une intégration efficace des dispositifs semi-conducteurs composés III-V et du silicium, ouvrant la voie à une intégration photonique à faible coût, avec un grand volume et une vitesse et un débit élevés. cela pourrait révolutionner les communications de données.

Contrairement aux circuits intégrés conventionnels, ou micropuces, qui utilisent des électrons, les circuits intégrés photoniques utilisent des photons ou des particules de lumière. L'intégration photonique combine la lumière et l'électronique pour accélérer le transfert de données. La photonique sur silicium (Si-photonique), en particulier, est à l'avant-garde de cette révolution car elle permet la création de connexions à haut débit et à faible coût, capables de gérer simultanément d'énormes quantités de données.

Bien que le silicium puisse gérer des fonctions optiques passives, il a du mal à effectuer des tâches actives, telles que la génération de lumière (lasers) ou sa détection (photodétecteurs), deux composants clés pour la génération et la lecture des données. Cela nécessite l'intégration d'un semi-conducteur III-V (qui utilise des matériaux des groupes III et V du tableau périodique) sur un substrat de silicium pour une fonctionnalité complète et une efficacité améliorée.

Mais si les semi-conducteurs III-V accomplissent bien les tâches actives, ils ne fonctionnent pas naturellement bien avec le silicium. L'équipe, dirigée par le professeur Ying Xue, professeur adjoint de recherche et le professeur Kei May Lau, professeur de recherche à la Division des domaines interdisciplinaires émergents (EMIA), a relevé ce défi en trouvant un moyen de faire fonctionner efficacement les dispositifs III-V avec du silicium. .

Ils ont développé une technique appelée piégeage du rapport d'aspect latéral (LART) :une nouvelle méthode d'épitaxie directe sélective qui peut faire croître sélectivement des matériaux III-V sur du silicium sur isolant (SOI) dans une direction latérale sans avoir besoin de tampons épais.

Bien qu'aucune méthode d'intégration rapportée dans la littérature ne puisse résoudre le défi avec une efficacité de couplage élevée et un volume de production élevé, leur méthode a permis d'obtenir un laser III-V dans le plan, de sorte que le laser III-V puisse se coupler avec Si dans le même plan, ce qui est efficace.

"Notre approche a résolu l'inadéquation entre les dispositifs III-V et le Si. Elle a permis d'obtenir d'excellentes performances des dispositifs III-V et a rendu facile et efficace le couplage du III-V avec le Si", a déclaré le professeur Xue.

Au cours des dernières décennies, le trafic de données a connu une croissance exponentielle sous l’effet des technologies émergentes, telles que le Big Data, les applications cloud et les capteurs. Le domaine des circuits intégrés (CI), également connu sous le nom de microélectronique, a permis cette croissance en rendant les appareils électroniques plus petits et plus rapides grâce à la loi de Moore, une observation selon laquelle le nombre de transistors sur une puce double environ tous les deux ans. Mais l'explosion continue du trafic de données a poussé les appareils électroniques traditionnels à leurs limites.

Le début de l’ère Zettabyte en 2016 a marqué le début d’une croissance fulgurante dans la génération, le traitement, la transmission, le stockage et la lecture de données. Cette augmentation du volume de données pose des défis critiques en termes de vitesse, de bande passante, de coût et de consommation d'énergie. C'est là qu'intervient l'intégration photonique, en particulier la Si-photonique.

Dans les prochaines étapes, l'équipe prévoit de montrer que les lasers III-V intégrés à des guides d'ondes en silicium peuvent fonctionner correctement, notamment en ayant un seuil bas, une puissance de sortie élevée, une longue durée de vie et la capacité de fonctionner à des températures élevées.

Il y a des défis scientifiques majeurs à relever avant que cette technique puisse être utilisée dans la vie réelle, a-t-elle déclaré. Mais cela permettra des communications de nouvelle génération et diverses applications et domaines de recherche émergents, notamment les superordinateurs, l'intelligence artificielle (IA), la biomédecine, les applications automobiles et les réseaux neuronaux et quantiques.

L'étude a été récemment publiée dans la revue Laser &Photonics Reviews. .

Plus d'informations : Ying Xue et al, Lasers à rétroaction distribuée dans le plan de 1,5 µm cultivés sélectivement sur (001) SOI (Laser Photonics Rev. 18(1)/2024), Avis sur les lasers et la photonique (2024). DOI : 10.1002/lpor.202470006

Fourni par l'Université des sciences et technologies de Hong Kong