Imec объявляет о прорыве в области кремниевой фотоники

Бельгийский исследовательский центр Imec сообщил о прорыве в производстве лазерных диодов по классическому КМОП-процессу. Традиционно для этой цели использовались подложки из редких элементов и соединений, а дешевый кремний всегда оставался на втором плане. Это тормозило развитие кремниевой фотоники, поскольку выращивать лазерные элементы в составе обычных чипов было невозможно.

Однако новости Imec меняют правила игры: лазеры теперь можно «выращивать» на кремнии.

Для выращивания лазеров на элементах III-V группы таблицы Менделеева традиционно используются подложки из соединений тех же групп, таких как арсенид галлия, фосфид индия и другие. Обычно после того, как полупроводниковые лазерные структуры были построены, площадки выбрасывались, а сами лазеры приходилось каким-то образом прикреплять к кремнию для применения в кремниевой фотонике. Это сложно, дорого и не способствует устойчивому экологическому производству. Выращивание лазеров непосредственно на кремниевых структурах могло бы значительно упростить развитие оптических вычислений и других областей.

Одной из основных трудностей при производстве кремниевых лазерных диодов был разный коэффициент теплового расширения материалов. Компания Imec смогла решить эту проблему, создав буферные зоны – канавки вокруг подложек, на которых были построены лазерные структуры на арсениде галлия – и используя оригинальную ребристую наноструктуру диодов. В результате разработки стало возможным изготовление GaAs-лазеров на пилотной литографической линии на обычной кремниевой пластине диаметром 300 мм с использованием КМОП-процесса.

Сконструированные таким образом полупроводниковые лазерные диоды с длиной волны 1020 нм продемонстрировали способность излучать оптическую мощность до 1,75 мВт при минимальном пороговом токе 5 мА. Лазеры показали стабильную работу при комнатной температуре, открыв путь для таких областей, как интенсивные вычисления, компьютерное зрение и другие многообещающие области.