Imec anunciou um avanço na fotônica de silício – eles aprenderam a cultivar lasers em wafers de silício convencionais de 300 mm

O centro de pesquisa belga Imec anunciou um avanço na produção de diodos laser utilizando o processo CMOS clássico. Tradicionalmente, substratos feitos de elementos e compostos raros têm sido usados ​​para isso, enquanto o silício barato sempre foi deixado para trás. Isso dificultou o desenvolvimento da fotônica de silício, uma vez que era impossível cultivar elementos de laser em chips convencionais. A experiência do Imec muda a situação: agora os lasers podem ser cultivados em silício.

Fonte da imagem: geração AI Kandinsky 3.1/3DNews

Para cultivar lasers utilizando elementos dos grupos III-V da tabela periódica, eram tradicionalmente utilizados substratos de compostos dos mesmos grupos, por exemplo, arsenieto de gálio, fosfeto de índio e outros. Normalmente, após o crescimento das estruturas de laser semicondutor, os substratos eram descartados e os próprios lasers tinham que ser montados de alguma forma em silício, no caso de aplicações fotônicas de silício. Foi difícil, caro e não propício à produção verde sustentável. O cultivo de lasers diretamente em estruturas de silício poderia simplificar bastante o desenvolvimento da computação óptica e de outros campos.

Uma das principais dificuldades na produção de lasers de silício foram os diferentes coeficientes de expansão térmica dos materiais. A Imec conseguiu resolver esse problema criando zonas tampão exclusivas – ranhuras ao redor dos locais onde as estruturas do laser de arsenieto de gálio foram cultivadas, bem como usando a nanoestrutura com nervuras original dos diodos. Como resultado do desenvolvimento, foi possível produzir lasers GaAs em uma linha piloto de litografia em um wafer de silício convencional de 300 mm usando o processo CMOS.

Fonte da imagem: imec

Lasers semicondutores criados desta forma com comprimento de onda de 1020 nm demonstraram a capacidade de emitir até 1,75 mW de potência óptica a uma corrente de limite mínimo de 5 mA. Os lasers têm mostrado operação estável em temperatura ambiente, o que abre caminho para eles em áreas como computação intensiva, visão computacional e outras áreas promissoras.