Elektrotechnische onderzoekers hebben de bedrijfstemperatuur van een veelbelovende nieuwe halfgeleiderlaser op siliciumsubstraat verhoogd, het een stap dichter bij een mogelijke commerciële toepassing brengen.

De ontwikkeling van een "optisch gepompte" laser, gemaakt van germaniumtin geteeld op siliciumsubstraten, kan leiden tot een snellere microverwerkingssnelheid van computerchips, sensoren, camera's en andere elektronische apparaten — tegen veel lagere kosten.

"In een relatief korte tijdsperiode - ongeveer twee jaar - zijn we van 110 Kelvin naar een recordtemperatuur van 270K gegaan, " zei Shui-Qing "Fisher" Yu, universitair hoofddocent elektrotechniek. "We zijn nu heel dicht bij kamertemperatuur en gaan snel naar de toepassing van een materiaal dat de verwerkingssnelheid aanzienlijk kan verhogen met veel minder stroomverbruik."

Yu leidt een multi-institutioneel team van onderzoekers bij het ontwikkelen van een laser geïnjecteerd met licht, vergelijkbaar met een injectie van elektrische stroom. De verbeterde laser bestrijkt een breder golflengtebereik, van 2 tot 3 micrometer, en maakt gebruik van een lagere laserdrempel, terwijl het in staat is om te werken op 270 Kelvin, dat is ongeveer 26 Farenheit.

"De verbetering is gebaseerd op een eenvoudige, maar delicate structuur, " zei door Yiyin Zhou, promovendus in het Microelectronics-Photonics Program, hoofdauteur van het artikel en lid van Yu's onderzoeksgroep. "Dankzij de volwassen epitaxiale groeitechniek, we konden de hoogwaardige legering verkrijgen met een tingehalte van wel 20 procent, dat is de belangrijkste sleutel tot de huidige prestatie."

Germaniumtin maakt gebruik van efficiënte lichtuitstraling, een eigenschap die silicium, de standaard halfgeleider voor computerchips, kan ik niet doen. Yu en andere materiaalonderzoekers hebben zich gericht op het kweken van germaniumtin op siliciumsubstraten om een ​​opto-elektronica "superchip" te bouwen die gegevens veel sneller kan verzenden dan huidige chips. in 2016, Yu en collega's rapporteerden de fabricage van hun eerste generatie, optisch gepompte laser.

Het bredere golflengtebereik betekent mogelijk meer capaciteit om gegevens te verzenden, en een lagere laserdrempel en een hogere bedrijfstemperatuur zorgen voor een lager stroomverbruik, wat de kosten laag houdt en helpt bij het ontwerp eenvoud.

Gemakkelijk geïntegreerd in elektronische schakelingen, zoals die in computerchips en sensoren, germaniumtin als halfgeleidend materiaal zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van goedkope, lichtgewicht, compacte en energiezuinige elektronische componenten die licht gebruiken voor informatieoverdracht en -detectie.

De nieuwe bevindingen werden gerapporteerd in ACS Fotonica .