Uno studio sistematico di una struttura semplice e generale per laser a semiconduttore su chip da parte dei ricercatori di A*STAR pone le basi per un'applicazione molto più ampia di laser a semiconduttore integrati oltre i sistemi convenzionali a base di silicio.

La capacità di utilizzare, manipolare e percepire la luce è applicabile a molte tecnologie, dall'interconnessione dati e dalla fibra ottica ai sensori ottici e ai sistemi di memorizzazione ottici. Piccoli laser vengono regolarmente integrati nei microchip per queste applicazioni di "optoelettronica" utilizzando una struttura laser a base di silicio ben nota, ma strutture alternative e potenzialmente più semplici in sistemi non al silicio devono ancora essere esplorate in dettaglio.

Una di queste applicazioni non a base di silicio è un nuovo tipo di sistema di archiviazione dei dati chiamato registrazione magnetica assistita dal calore (HAMR), su cui hanno lavorato i ricercatori dell'A*STAR Data Storage Institute come tecnologia di archiviazione dati di nuova generazione. HAMR utilizza laser integrati per il riscaldamento a micropunti rapido e preciso di un mezzo magnetico, ma richiede che il laser sia formato su carburo di alluminio-titanio (AlTiC) anziché su silicio. Ciò ha presentato a Chee-Wei Lee e ai suoi colleghi un problema significativo, poiché il substrato di silicio svolge un ruolo fondamentale nella produzione della luce laser.

"Avevamo bisogno di sviluppare uno schema di integrazione generico che ci consentisse di fabbricare dispositivi laser su diversi substrati, non solo silicio, " dice Lee. "Per questo, una struttura riflettente sfaccettata è molto utile, ma la bassa riflettività delle sfaccettature è un problema, e l'utilizzo di riflettori diversi di solito significa un processo di fabbricazione più complicato e maggiori possibilità di guasto del dispositivo".

I laser utilizzati in tali applicazioni trasformano la corrente elettrica in un'emissione di luce. Lo fanno prendendo la luce prodotta da una pila di strati ultrasottili di un semiconduttore che emette luce (in questo caso alluminio-gallio-indio-arseniuro), e moltiplicare la luce alla lunghezza d'onda bersaglio usando una cavità risonante formata tra due riflettori.

Progettando una struttura laser sfaccettata considerando l'integrazione del processo, Lee e il suo team hanno sviluppato uno schema di fabbricazione in grado di ospitare diversi tipi di riflettori senza ulteriori passaggi di elaborazione. Il team ha quindi utilizzato questo schema di fabbricazione per testare i riflettori sfaccettati realizzati depositando un sottile film d'oro, mediante modificazione chimica della superficie, o incidendo un traferro (vedi immagine).

Gli studi delle diverse strutture laser fabbricate nel laboratorio A*STAR e le simulazioni di supporto hanno rivelato che un sottile strato d'oro, meno di 100 nm di spessore, offrivano le migliori prestazioni in termini di riflettività delle sfaccettature, corrente laser minima, efficienza di emissione e potenza di uscita.

"Ci aspettiamo che i nostri risultati servano da punto di riferimento per la ricerca e lo sviluppo su laser sfaccettati incisi con diversi riflettori, "dice Lee.