La combinazione del silicio con un semiconduttore che produce luce può aiutare a sviluppare laser su scala micrometrica, mostra Doris Keh-Ting Ng e i suoi colleghi dell'A*STAR Data Storage Institute.

Il silicio ha rivoluzionato la produzione di dispositivi elettrici. Questo abbondante semiconduttore viene facilmente trasformato in minuscoli componenti, come i transistor, utilizzando metodi scalabili a livelli industriali, consentendo così la produzione di centinaia di migliaia di elementi su un singolo chip. Gli ingegneri elettronici vorrebbero espandere ulteriormente la funzionalità di questi circuiti integrati consentendo loro di creare, manipolare e rilevare la luce.

Questi dispositivi optoelettronici potrebbero accelerare l'elaborazione delle informazioni digitali, e portare a laser in scala micrometrica, per l'uso in lettori di codici a barre, ad esempio. Il problema, però, è che il silicio non è un generatore di luce efficiente.

Il team di Ng ha progettato e prodotto un laser compatibile con le tecniche di fabbricazione del silicio combinando silicio e un altro materiale semiconduttore in grado di produrre luce:fosfuro di arseniuro di gallio indio (InGaAsP). "I nostri risultati dimostrano un approccio promettente per dispositivi optoelettronici attivi efficienti e compatti su silicio utilizzando uno strato semiconduttore III-V molto sottile, "dice Ng.

Una considerazione cruciale in qualsiasi struttura laser è il feedback ottico:la capacità di intrappolare la luce all'interno della struttura per guidare un'ulteriore generazione di luce. Nei laser convenzionali, questo viene fatto posizionando uno specchio su entrambi i lati della regione che genera luce. Anziché, Ng e il team hanno utilizzato una geometria del dispositivo cilindrica. Ciò ha intrappolato parte della luce generata alle pareti del dispositivo e l'ha costretta a propagarsi all'interno del cilindro. Questa è chiamata modalità galleria sussurrante perché lo stesso effetto intrappola le onde sonore in una stanza circolare come una cupola di una cattedrale.

Il team ha iniziato con un substrato di silicio, su cui hanno depositato un sottile strato di ossido di silicio. Il film otticamente attivo InGaAsP, solo 210 nanometri di spessore, è stato fabbricato separatamente e poi legato sopra l'ossido di silicio. Il team ha quindi inciso parte del materiale per creare cilindri di due o tre micrometri di diametro. I dispositivi da tre micrometri emettevano luce laser con una lunghezza d'onda di 1, 519 nanometri, molto vicino a quello utilizzato nei sistemi di comunicazione ottica commerciali.

Una caratteristica unica di questo dispositivo è che la modalità galleria di sussurro si estende sia sul silicio che sulle regioni InGaAsP. L'InGaAsP fornisce l'amplificazione della luce mentre il silicio guida passivamente la luce. "Speriamo ora di applicare queste idee ai dispositivi che funzionano a temperatura ambiente, " afferma Ng. "Il funzionamento a temperature più elevate richiederà una messa a punto della progettazione e della fabbricazione del laser".