Geïntegreerde siliciumfotonica omvat micro-elektronica en opto-elektronica, een combinatie die naar verwachting een revolutie teweeg zal brengen in een groot aantal gebieden zoals communicatie, voelen, verlichting, toont, beeldvorming en detectie. Siliciumlasers zijn de sleutel tot geïntegreerde siliciumfotonica. Echter, de optische winsten van silicium zijn een orde van grootte of twee lager dan die van III-V samengestelde halfgeleiders, vanwege de indirecte bandgap-functie. Hoewel de fabricage van gerijpte III-V-verbindingslasers op siliciumsubstraten is voorgesteld om dit probleem te omzeilen, de ontwikkeling van all-silicium laser is gewenst voor geïntegreerde siliciumfotonica vanwege een betere compatibiliteit met moderne siliciumtechnieken.

Onlangs, een gezamenlijk onderzoeksteam onder leiding van Prof. X. Wu, Prof. M. Lu en associate Prof. S.-Y. Zhang van Fudan University ontwikkelde 's werelds eerste all-silicium laser met behulp van silicium nanokristallen met hoge optische winsten. Eerst, ze verbeterden de siliciumemissie-intensiteit aanzienlijk door een filmgroeitechniek te ontwikkelen voor siliciumnanokristallen met hoge dichtheid ( Fysica E , 89, 57-60(2017)). Toen ontwikkelden ze een hogedruk-lage-temperatuurpassiveringsbenadering, die bijdroeg tot een volledige verzadiging van bungelende banden, wat leidde tot grotere optische winsten die vergelijkbaar waren met die van galliumarsenide (GaAs) en indiumfosfide (InP). Op deze basis, ze ontwierpen en fabriceerden gedistribueerde feedback (DFB) resonantieholten en bereikten met succes optisch gepompte volledig silicium DFB-lasers. De optisch gepompte all-silicium laser effent ook de weg naar de realisatie van elektrisch gepompte all-silicium laser.

De optische winst van silicium nanokristallen werd constant verbeterd naarmate de passivering vorderde en bereikte uiteindelijk de waarde vergelijkbaar met die van GaAs en InP. Laseigenschappen:het drempeleffect, de polarisatie-afhankelijkheid, de significante spectrale vernauwing en kleine spreiding van de divergentiehoek van gestimuleerde emissie werden vervuld, suggereert de realisatie van een optisch gepompte all-silicium laser. De lasers toonden ook een betrouwbare herhaalbaarheid. De laserpieken van de vier extra monsters die onder vergelijkbare fabricageomstandigheden waren gemaakt, lagen binnen het spectrale bereik van 760 nm tot 770 nm. De variatie in de laserpiek was te wijten aan het kleine verschil in effectieve brekingsindices. De volledige breedte op het halve maximum (FWHM) van de emissiepiek werd versmald van ~ 120 nm tot 7 nm toen de laser boven de drempel werd gepompt.