Le chercheur, le professeur John Bowers, et son équipe du département de génie électrique et informatique de l'UCSB, ont réalisé cet exploit en utilisant un procédé appelé « épitaxie en phase vapeur » pour déposer des couches de semi-conducteurs sur un substrat de silicium, créant ainsi la structure VCSEL directement sur le silicium. tranche.
Les VCSEL sont de minuscules lasers qui émettent de la lumière perpendiculairement à la surface de la puce semi-conductrice, ce qui les rend adaptés aux applications dans les domaines des communications optiques, de la détection, de l'imagerie et des affichages. Cependant, l'intégration des VCSEL directement sur le silicium constitue un défi de longue date en raison des propriétés des matériaux et de l'inadéquation du réseau entre le silicium et les semi-conducteurs composés couramment utilisés dans les VCSEL.
L'approche de Bowers surmonte ces défis en employant un système de matériaux hybrides comprenant du silicium, de l'aluminium, du gallium, de l'arséniure et du phosphure d'indium. En contrôlant soigneusement les conditions de croissance et les niveaux de dopage, les chercheurs ont pu créer des VCSEL de haute qualité avec une faible résistance électrique et d'excellentes performances optiques sur le substrat de silicium.
Les VCSEL intégrés présentaient un fonctionnement en onde continue à température ambiante, avec une densité de courant seuil de 1,2 kA/cm2, comparable aux VCSEL de pointe développés sur des substrats conventionnels. Les appareils ont démontré une puissance de sortie élevée de 1,5 mW et une bande passante de modulation de 12,5 GHz.
La démonstration réussie de VCSEL entièrement intégrés sur silicium ouvre la voie à l'intégration monolithique de lasers et d'électronique sur puces de silicium, une étape clé vers la réalisation de circuits intégrés photoniques avancés pour des applications dans les communications optiques, la détection et l'informatique à haut débit.
"Notre travail représente une étape cruciale dans l'intégration des lasers sur silicium", a déclaré Bowers. "En intégrant de manière transparente les VCSEL directement sur le silicium, nous ouvrons de nouvelles possibilités pour les dispositifs et systèmes optoélectroniques compacts et économes en énergie."
Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Photonics. L'équipe de recherche comprenait des chercheurs de l'UCSB, de l'Université de Californie à Berkeley et de l'Université de Tokyo.
