O silício não é o melhor material para fazer lasers semicondutores. Mas continua sendo a matéria-prima mais barata e disponível para a produção de microcircuitos. Melhorar o desempenho dos lasers e manter a simplicidade do processamento dos wafers de silício é um sonho antigo para o avanço da fotônica do silício, pois melhorar ainda mais o rendimento e o desempenho dos processadores e aceleradores sem ótica nos chips é difícil e ineficaz.
Fonte da imagem: Resenhas de laser e fotônica
O aluno de pós-graduação Khadijeh Miarabbas Kiani, da McMaster State University, Canadá, fez uma descoberta inesperada em tecnologias simples e acessíveis para a fabricação de lasers em substrato de silício. A ideia da invenção é inteiramente dela, assim como as principais etapas do experimento. Como tal, Khadija se tornou a autora principal de um artigo sobre o projeto, que foi publicado na Laser & Photonics Reviews.
Lasers semicondutores modernos são estruturas heterogêneas multicomponentes complexas nas quais o silício não é usado para emitir fótons. Khadija criou uma estrutura de silício que se torna uma fonte altamente eficiente de fótons. Na verdade, ela projetou a cavidade óptica sem a necessidade de conexões caras e processos de fabricação complexos.
O ressonador é um disco em miniatura gravado em um substrato de silício com uma lacuna estreita entre ele e a estrutura de silício de relevo adjacente. Um filme de telurito dopado com túlio é depositado no disco e nas superfícies adjacentes usando uma pulverização catódica de um estágio. Um filme desses materiais de terras raras amplifica o sinal óptico da cavidade e transforma a estrutura em uma fonte eficiente de fótons. O processo técnico, como você pode ver, é muito, muito simples quando comparado a como os lasers são produzidos hoje.
Fonte da imagem: Dan Kim / McMaster University
O laser híbrido é bombeado em comprimentos de onda de telecomunicações padrão de cerca de 1,6 mícron e exibe radiação monomodo estável a 1,9 mícron, com uma eficiência de 60% e uma potência de saída de mais de 1 mW por chip. O laser é muito promissor para novas aplicações de comunicação e sensores e abre novas possibilidades para o desenvolvimento de amplificadores óticos monolíticos de terras raras e lasers diretamente no silício.
Em uma nova etapa das pesquisas, um grupo com a participação de Khadija Miarabbas Kiani começará a desenvolver um processo tecnológico para integração de lasers de silício diretamente na estrutura do silício, e não em sua superfície. Obviamente, este é o caminho para o arranjo 3D de fontes ópticas em chips – a próxima etapa no desenvolvimento da fabricação de semicondutores.