La fotonica al silicio integrata incorpora la microelettronica e l'optoelettronica, una combinazione destinata a rivoluzionare una varietà di campi come la comunicazione, rilevamento, illuminazione, mostra, imaging e rilevamento. I laser al silicio sono la chiave per ottenere la fotonica al silicio integrata. Però, i guadagni ottici del silicio sono inferiori a quelli dei semiconduttori composti III-V di uno o due ordini di grandezza, grazie alla sua caratteristica di bandgap indiretta. Sebbene sia stata proposta la fabbricazione di laser composti III-V maturati su substrati di silicio per aggirare questo problema, lo sviluppo del laser interamente al silicio è desiderato per la fotonica del silicio integrata a causa della migliore compatibilità con le moderne tecniche al silicio.

Recentemente, un gruppo di ricerca congiunto guidato dal Prof. X. Wu, Prof. M. Lu e associato Prof. S.-Y. Zhang della Fudan University ha sviluppato il primo laser al mondo interamente in silicio utilizzando nanocristalli di silicio con elevati guadagni ottici. Primo, hanno migliorato notevolmente l'intensità dell'emissione di silicio sviluppando una tecnica di crescita del film per nanocristalli di silicio ad alta densità ( fisica E , 89, 57-60 (2017)). Quindi hanno sviluppato un approccio di passivazione a bassa temperatura ad alta pressione, che ha contribuito a una piena saturazione dei legami penzolanti, portando a un aumento dei guadagni ottici paragonabili a quelli ottenuti dall'arseniuro di gallio (GaAs) e dal fosfuro di indio (InP). Su questa base, hanno progettato e fabbricato cavità di risonanza a feedback distribuito (DFB) e hanno ottenuto con successo laser DFB interamente in silicio pompati otticamente. Il laser interamente in silicio pompato otticamente apre anche la strada alla realizzazione di laser interamente in silicio pompato elettricamente.

Il guadagno ottico dei nanocristalli di silicio è stato costantemente migliorato con il procedere della passivazione e alla fine ha raggiunto valori paragonabili a quelli di GaAs e InP. Caratteristiche del laser:l'effetto soglia, la dipendenza dalla polarizzazione, il significativo restringimento spettrale e la piccola diffusione dell'angolo di divergenza dell'emissione stimolata sono stati soddisfatti, suggerendo la realizzazione di un laser interamente al silicio pompato otticamente. I laser hanno anche mostrato una ripetibilità affidabile. I picchi laser dei quattro campioni aggiuntivi realizzati in condizioni di fabbricazione simili rientravano nell'intervallo spettrale da 760 nm a 770 nm. La variazione del picco laser era dovuta alla leggera differenza negli indici di rifrazione efficaci. La larghezza massima a metà (FWHM) del picco di emissione è stata ridotta da ~ 120 nm a 7 nm quando il laser è stato pompato al di sopra della soglia.