一組來(lái)自香港科技大學(xué),加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校,桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和哈佛大學(xué)的科學(xué)家們,能夠在硅上面直接制造微型激光器,這成為了半導(dǎo)體工業(yè)的巨大突破。
研究
30多年來(lái),硅晶格和特殊的激光材料不能匹配,直到現(xiàn)在才有可能集成這兩種材料。就像研究組,在每年出版的應(yīng)用物理學(xué)快報(bào)上發(fā)表文章,集成亞波長(zhǎng)腔,它是組成微小的激光器的必要組件,可以在硅上創(chuàng)建和展示芯片上高密度的發(fā)光元素。
研究人員為了完成這個(gè)目標(biāo),必須解決硅晶格的缺陷點(diǎn),這些地方和那些生長(zhǎng)在和晶格匹配的砷化鎵(GaAs)基板一致。創(chuàng)建在硅上的納米模式,讓硅上的GaAs模板幾乎沒(méi)有缺陷,并且量子點(diǎn)內(nèi)的電子,其量子限域在這個(gè)模板上成長(zhǎng),讓激光成為可能。
研究小組,然后使用光泵激,處理激光,而不是電子電流,原子或分子中的低能量級(jí)別的光子,“泵”到更高的能量級(jí)別,讓設(shè)備像激光器一樣工作。
“讓微處理器上的激光器提高他們能力,讓他們可以在更低能級(jí)運(yùn)行,是在硅平臺(tái)上邁向光子和電子集成的一大步,”,香港科技大學(xué),電子計(jì)算機(jī)工程的教授Kei May Lau說(shuō)。
傳統(tǒng)上來(lái)說(shuō),使用在商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的激光器,通常1毫米x1毫米,十分的龐大。更小的激光器會(huì)有大的鏡像損失。
但是研究人員稱(chēng),他們通過(guò)微小的回音走廊模式的激光器,直徑只有1微米,長(zhǎng)度縮短了1000倍,并且比目前使用的那些小1百萬(wàn)倍,戰(zhàn)勝了這個(gè)挑戰(zhàn)。
回音走廊模式的激光器,是一種十分引人注目的光源,用于芯片上的光學(xué)通信,數(shù)據(jù)處理和化學(xué)傳感應(yīng)用。
“我們的激光器,具有十分低的閾值,微小的體積,可以集成進(jìn)微處理器中”Lau指出,“這些微小高性能的激光器,可以直接在硅晶圓上生長(zhǎng),這是絕大多數(shù)的集成電路(半導(dǎo)體芯片)的制造原料。”
應(yīng)用
應(yīng)用方面,這種微型激光器,對(duì)于高速數(shù)據(jù)通信很適合。
“光子是最具有能量效率和經(jīng)濟(jì)的方案,用于遠(yuǎn)距離傳輸大量的數(shù)據(jù)。到目前為止,這些應(yīng)用的激光源是“離開(kāi)芯片的”,從組件中遺失,”Lau解釋道,“我們的研究是讓芯片集成激光器,一個(gè)相對(duì)于其他硅光子和微處理器相對(duì)獨(dú)立的組件”
未來(lái)
研究人員希望在10年之內(nèi),將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于市場(chǎng)。下一步,研究小組將使用微電子技術(shù),為電激發(fā)的激光器而工作。