Інтегроване в кремнієву підкладку наноустройство, яке дозволяє генерувати лазерний імпульс при кімнатній температурі

Вчені зі США запропонували нове, інтегроване в кремнієву підкладку наноустройство, яке дозволяє генерувати лазерний імпульс при кімнатній температурі. В майбутньому пристрій може використовуватися в якості джерела видимого випромінювання для додатків кремнієвої фотоніки.

Напівпровідникові лазери – це ключова технологія для багатьох сфер, що потребують когерентного випромінювання. А нанорозмірні напівпровідникові лазери дають можливість інтеграції оптоелектронних компонент в кремнієві електронні схеми, наприклад, для оптичної комунікації між блоками або інших застосувань, зокрема, медичної діагностики. Для подібної інтеграції кремній є хорошим матеріалом підкладки, на якій можна розмістити необхідні хвилеводи та інші наноструктури, проте до цих пір вчені мали труднощі зі створенням джерела лазерного випромінювання на його поверхні.

Рис. 1. Схематичне зображення розробленого напівпровідниковий нанолазер.

Кремній є непрямопереходным напівпровідником, в якому перехід електрона із зони провідності у валентну зону супроводжується втратою імпульсу. Тобто, по суті, він не може випромінювати світло з корисною довжиною хвилі.

Але створення лазерних джерел на монолітному кремнії представляє великий інтерес для науки.

На сьогоднішній день запропоновано безліч способів створити напівпровідниковий лазер нанорозміру на підкладці з кремнію. Один із способів обійти описану вище проблему полягає у використанні нанодроти для генерації випромінювання. Але низький рівень відображень на кордоні напівпровідника і повітря вимагає створення нанодроти вкрай великої довжини, щоб було можливим вимушене випромінювання.

Інші способи передбачають об’єднання напівпровідникових нанопроводів з створеними за допомогою літографії порожнинами, що представляють собою одновимірні фотонні кристали.

На жаль, всі ці способи впираються в обмеження, пов’язане з необхідністю перенесення нанопроводів на поверхню кремнію перед тим, як на нанопроводах будуть формуватися фотонні кристали і інші структури.

Принципово нова технологія була недавно запропонована вченими з Center for Nanoscale and Photonics Spintronics (Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan, США). Дослідницька група розробила монолітний джерело лазерного випромінювання на базі двовимірного фотонного кристала, створеного на нанопроводе нітриду галію.

Важлива особливість методики полягала в тому, що нанопровод не переносився на поверхню кремнію, а вирощувався безпосередньо на ній при ретельному контролі умов зростання. Вирощений на поверхні провід розташовувався в центрі зразка з діоксиду титану. Щоб звести до мінімуму оптичні втрати в шарі діоксиду титану на поверхні кремнію, між ними був доданий додатковий структурний шар матеріалу з низьким значенням показника заломлення.

Вимірювання, проведені в рамках експерименту, показали, що запропонована вченими техніка виробництва забезпечила високу якість наноструктур. Це дозволило добитися випромінювання когерентного потоку фотонів з довжиною хвилі 371,3 нм (при мінімальній ширині спектральної смуги, рівною 0,5 нм).

В якості наступного етапу роботи вчені планують дослідити можливі застосування створеного пристрою, зокрема, в якості джерела лазерного випромінювання для додатків кремнієвої фотоніки.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *