Новый лазер на квантовых точках открывает путь к более дешевой фотонике

Один из способов снизить эти затраты — сделать фотонику совместимой с существующей отраслью кремниевой микроэлектроники. По словам аспиранта Алана Ю. Лю из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) и его коллеги, в число которых входят профессора UCSB Джон Э. Бауэрс и Артур C. Gossard. Хотя такие лазеры на квантовых точках выращивались на кремнии и раньше, их характеристики не сравнимы с характеристиками лазеров на квантовых точках, выращенных на их собственных подложках, которые представляют собой платформы, изготовленные из материалов, аналогичных самим лазерам на квантовых точках.

Теперь Лю и его сотрудники из групп Бауэрса и Госсарда продемонстрировали новый лазер на квантовых точках, который не только выращен на кремнии, но и работает так же хорошо, как и аналогичные лазеры, выращенные на их родных подложках. Команда обсудит свои рекордные результаты, достигнутые с помощью таких лазеров, на конференции и выставке OFC в этом году, которая состоится 9-13 марта в Сан-Франциско, Калифорния., Соединенные Штаты Америки.
Исследователи считают, что эта работа является важным шагом на пути к крупномасштабной фотонной интеграции в ультра-недорогую платформу.

В настоящее время для передачи данных используются лазеры так называемой «квантовой ямы». Они состоят из слоев светоизлучающего материала нанометровой толщины, представляющих квантовую яму, зажатых между другими материалами, которые служат для направления как инжектируемого электрического тока, так и выходного света.

Лазер на квантовых точках аналогичен по конструкции, но листы материалов с квантовыми ямами заменены высокой плотностью более мелких точек, каждая из которых имеет высоту несколько нанометров и десятки нанометров в поперечнике. Для сравнения: 50 миллиардов из них поместятся на одной стороне пенни.
«Квантовые ямы являются непрерывными в двух измерениях, поэтому дефекты в одной части могут повлиять на весь пласт.

Однако квантовые точки независимы друг от друга и поэтому менее чувствительны к дефектам кристалла, возникающим в результате роста лазерного материала на кремнии », — сказал Лю.
"Благодаря этому мы можем выращивать эти лазеры на более крупных и дешевых кремниевых подложках.

А из-за своего небольшого размера, — добавил Лю, — они требуют меньше энергии для работы, чем лазеры с квантовыми ямами, но при этом излучают больше света, поэтому они позволят использовать недорогую кремниевую фотонику."
В своей новой работе команда вырастила квантовые точки непосредственно на кремниевых подложках, используя технику, известную как молекулярно-лучевая эпитаксия, или MBE («эпитаксия» означает процесс выращивания одного кристалла поверх другого с определением ориентации верхнего слоя. снизу).

«Основное преимущество эпитаксиального роста заключается в том, что он позволяет нам использовать существующую экономию за счет масштаба для кремния, что снизит стоимость», — сказал Лю. Он добавил, что «МБЭ — лучший метод для создания высококачественных квантовых точек, которые подходят для использования в лазерах» и что «весь лазер можно выращивать непрерывно за один цикл, что сводит к минимуму потенциальное загрязнение."

Портал обо всем