Decenni fa, la legge di Moore prevedeva che il numero di transistor in un circuito integrato denso raddoppiasse circa ogni due anni. Questa previsione si è rivelata corretta negli ultimi decenni, e la ricerca di dispositivi a semiconduttore sempre più piccoli ed efficienti è stata una forza trainante nelle scoperte tecnologiche.

Tenendo presente una duratura e crescente necessità di miniaturizzazione e integrazione su larga scala di componenti fotonici sulla piattaforma di silicio per la comunicazione dei dati e le applicazioni emergenti, un gruppo di ricercatori della Hong Kong University of Science and Technology e dell'Università della California, Santa Barbara, ha dimostrato con successo micro-laser pompati elettricamente di dimensioni record, cresciuti epitassialmente su substrati di silicio standard del settore (001) in un recente studio. Una soglia submilliamp di 0,6 mA, l'emissione al vicino infrarosso (1,3 µm) è stata ottenuta per un micro-laser con un raggio di 5 µm. Le soglie e le impronte sono ordini di grandezza inferiori a quelli precedentemente riportati per i laser cresciuti epitassialmente su Si.

Le loro scoperte sono state pubblicate sulla prestigiosa rivista ottica il 4 agosto 2017 (DOI:10.1364/OPTICA.4.000940).

"Abbiamo dimostrato i più piccoli laser QD a iniezione di corrente cresciuti direttamente su silicio standard del settore (001) con basso consumo energetico e stabilità alle alte temperature, " ha detto Kei May Lau, Fang Professor of Engineering e Chair Professor del Dipartimento di Ingegneria Elettronica e Informatica presso HKUST.

"La realizzazione di laser ad alte prestazioni di dimensioni micron cresciuti direttamente su Si rappresenta un importante passo avanti verso l'utilizzo dell'epitassia diretta III-V/Si come opzione alternativa alle tecniche di wafer-bonding come sorgenti luminose al silicio su chip con integrazione densa e bassa consumo di energia."

I due gruppi hanno collaborato e hanno precedentemente sviluppato micro-laser a pompaggio ottico ad onda continua (CW) operanti a temperatura ambiente che sono stati cresciuti epitassialmente su silicio senza strato tampone al germanio o substrati errati. Questa volta, hanno dimostrato laser QD pompati elettricamente di dimensioni record, cresciuti epitassialmente su silicio. "L'iniezione elettrica di micro-laser è un compito molto più impegnativo e scoraggiante:in primo luogo, la metallizzazione dell'elettrodo è limitata dalla cavità di dimensioni micro, che può aumentare la resistenza del dispositivo e l'impedenza termica; secondo, la modalità galleria di sussurri (WGM) è sensibile a qualsiasi imperfezione di processo, che può aumentare la perdita ottica, " ha detto Yating Wan, un dottorato di ricerca HKUST e ora borsista post-dottorato presso l'Optoelectronics Research Group dell'UCSB.

"Come piattaforma di integrazione promettente, la fotonica del silicio necessita di sorgenti laser su chip che migliorano notevolmente la capacità, riducendo al contempo le dimensioni e la dissipazione di potenza in modo economico per la producibilità del volume. La realizzazione di laser ad alte prestazioni di dimensioni micron cresciuti direttamente su Si rappresenta un passo importante verso l'utilizzo dell'epitassia diretta III-V/Si come opzione alternativa alle tecniche di wafer-bonding, "ha detto John Bowers, Vice Direttore Generale di AIM Photonics.