Decennia geleden, de wet van Moore voorspelde dat het aantal transistors in een dichte geïntegreerde schakeling ongeveer elke twee jaar verdubbelt. Deze voorspelling bleek de afgelopen decennia juist te zijn, en de zoektocht naar steeds kleinere en efficiëntere halfgeleiderapparaten waren een drijvende kracht achter technologische doorbraken.

Met een blijvende en toenemende behoefte aan miniaturisatie en grootschalige integratie van fotonische componenten op het siliciumplatform voor datacommunicatie en opkomende toepassingen in het achterhoofd, een groep onderzoekers van de Hong Kong University of Science and Technology en University of California, Santa Barbara, heeft in een recent onderzoek met succes record-kleine elektrisch gepompte microlasers gedemonstreerd die epitaxiaal zijn gegroeid op industriestandaard (001) siliciumsubstraten. Een submilliampèredrempel van 0,6 mA, uitzenden op het nabij-infrarood (1,3 m) werd bereikt voor een microlaser met een straal van 5 m. De drempels en voetafdrukken zijn orden van grootte kleiner dan de eerder gerapporteerde lasers die epitaxiaal op Si zijn gegroeid.

Hun bevindingen werden gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift optiek op 4 augustus, 2017 (DOI:10.1364/OPTICA.4.000940).

"We hebben de kleinste QD-lasers met stroominjectie gedemonstreerd die rechtstreeks zijn gekweekt op industriestandaard (001) silicium met een laag stroomverbruik en hoge temperatuurstabiliteit, " zei Kei May Lau, Fang Professor of Engineering en voorzitter van de afdeling Electronic &Computer Engineering aan de HKUST.

"De realisatie van hoogwaardige lasers van micronformaat die direct op Si zijn gekweekt, vertegenwoordigt een belangrijke stap in de richting van het gebruik van directe III-V/Si-epitaxie als een alternatieve optie voor wafer-bonding-technieken als on-chip siliciumlichtbronnen met dichte integratie en lage energieverbruik."

De twee groepen hebben samengewerkt en hebben eerder continu-golf (CW) optisch gepompte microlasers ontwikkeld die bij kamertemperatuur werken en die epitaxiaal op silicium zijn gegroeid zonder germaniumbufferlaag of verkeerd gesneden substraat. Deze keer, ze demonstreerden record-kleine elektrisch gepompte QD-lasers epitaxiaal gegroeid op silicium. "Elektrische injectie van microlasers is een veel uitdagendere en ontmoedigende taak:ten eerste, elektrode metallisatie wordt beperkt door de holte van de micro-afmeting, die de weerstand van het apparaat en de thermische impedantie kunnen verhogen; tweede, de fluistergalerijmodus (WGM) is gevoelig voor elke onvolkomenheid in het proces, die het optische verlies kunnen vergroten, " zei Yating Wan, een HKUST PhD-afgestudeerde en nu postdoctoraal onderzoeker bij de Optoelectronics Research Group van UCSB.

"Als veelbelovend integratieplatform, siliciumfotonica heeft on-chip laserbronnen nodig die de capaciteit drastisch verbeteren, terwijl het formaat en de vermogensdissipatie op een kosteneffectieve manier wordt bijgesneden voor de produceerbaarheid van het volume. De realisatie van hoogwaardige lasers van micronformaat die direct op Si zijn gekweekt, is een belangrijke stap in de richting van het gebruik van directe III-V/Si-epitaxie als een alternatieve optie voor wafer-bonding-technieken, " zei John Bowers, Deputy Chief Executive Officer van AIM Photonics.