Uz silīcija bāzes izgatavoti kvantu punktu lāzeri, kas integrēti ar silīcija viļņvada monolītiem
Uz silīcija bāzes izgatavotajām optoelektroniskajām mikroshēmām ir plašs pielietojumu klāsts mākslīgajā intelektā, hiperskalas datu centros, augstas veiktspējas skaitļošanā, gaismas izstarojošajos radaros (LIDAR) un mikroviļņu fotonikā. Monolītiski integrētiem silīcija lāzeriem ir zems enerģijas patēriņš un augsta integrācija, kas ir optisko starpsavienojumu un ātrgaitas optisko sakaru mikroshēmu nākotnes attīstības tendence. Pēdējos gados III-V grupas kvantu punktu (QD) lāzeru tiešā epitaksiskā izaugsme uz silīcija substrātiem ir panākusi ievērojamu progresu, liekot stabilu pamatu optoelektroniskajai integrācijai uz silīcija bāzes, bet monolītai uz silīcija bāzes veidotu lāzeru un optoelektronisko ierīču integrācijai. vēl nav realizēts.
Jianjun Zhang, Ting Wang un Zihao Wang no Ķīnas Zinātņu akadēmijas (IPS) Fizikas institūta / Valsts kondensēto vielu fizikas pētniecības centra (NRCP) Pekinā ir koncentrējušies uz silīciju balstītiem mikroshēmas gaismas avotiem lieliem mēroga optoelektroniskā integrācija uz silīcija bāzes pēdējos gados un ir guvuši ievērojamus panākumus uz silīciju balstītu integrējamu lāzeru virzienā, kas ir attiecīgo starptautisko pētniecības jomu priekšgalā. Viņa pēdējo gadu reprezentatīvie darbi ietver platākā plakanvirsmas kvantu punktu frekvences ķemmes lāzera realizāciju ar pārraides ātrumu 4,8 Tbit/s četru lāzeru masīvam (Photon. Res. 2022; 10, 1308) un epitaksiālās grupas III-V kvantu punktu lāzeru realizācija uz silīcija ar šauru līnijas platumu ar fāzu modulētu pašinjekcijas bloķēšanu (Photon. Res. 2022; 10, 1308), kā arī epitaksiālās grupas III-V kvantu punktu lāzeru realizācija uz silīcijs ar fāzes modulētu pašinjekcijas bloķēšanu (Photon. Res. 2022; 10, 1840); un aizsāka uz SOI balstītu monolīti integrētu InAs kvantu punktu viena šķērsmoda lāzeru realizāciju (ACS Photon. 2023; 10, 1813). Komanda nesen ir sadarbojusies ar Yikai Su un Xuhan Guo no Šanhajas Jiaotong universitātes un Wenqi Wei no Songshan Lake Materials Laboratory utt. Pamatojoties uz komandas iepriekšējiem augstas kvalitātes III-V materiāliem uz silīcija bāzes, komanda ierosina silīcija balstīta iegultā epitaksijas metode, lai integrētu InAs/GaAs kvantu punktu lāzerus un silīcija viļņvadus uz tā paša SOI substrāta (1. att.), kas veiksmīgi laiž gaismu no silīcija lāzeriem cauri Pētnieki veiksmīgi savienoja gaismu no silīcija lāzera. uz silīcija viļņvadu caur galu, pirmo reizi realizējot lāzera un viļņvada monolītu integrāciju, ko recenzents novērtēja kā "izcilu pētniecisko darbu ar lielu zinātnisku un tehnoloģisku ietekmi, un tas ir būtisks progress integrētā fotonika".
Pētnieki pētīja iegultā lāzera LI līknes dažādās temperatūrās un izejas jaudu pēc savienošanas. Lāzera ierosmes temperatūra nepārtrauktā viļņa (CW) strāvas darbības režīmā var būt līdz 95 grādiem vai vairāk, ar istabas temperatūras sliekšņa strāvu aptuveni 50 mA un maksimālo izejas jaudu 37 mW pie iesmidzināšanas strāvas 250 mA . Pie 210 mA iesmidzināšanas strāvas iegultais lāzers izdod 6,8 mW optisko jaudu, kas savienots ar silīcija viļņvadu (2. att.). Turklāt tika konstatēts, ka malu savienotājiem ar vairākiem koniskiem uzgaļiem ir augstāka savienojuma efektivitāte un labāka izlīdzināšanas pielaide nekā parastajiem reversajiem konusveida savienotājiem ar vienu galu, jo to vietas izmērs ir vairāk līdzīgs lāzera režīma profilam.
Pētījuma rezultāti nesen tika publicēti izdevumā Light: Science & Application (Light. Sci. Appl. 12, 84 (2023)), pirmajiem autoriem Venci Vei, pēcdoktorantūras zinātņu doktora grāda iegūšanai CAS Fizikas institūtā (tagad asociētais pētnieks). Songshan Lake Materials Laboratory), Majestic Yang, doktorants, Hao Zi, asociētais pētnieks un An He, doktorants Šanhajas Dzjaotongas universitātē. Dr. Hao Vans, asociētais pētnieks un An He, Ph. Atbilstošie autori ir zinātniskais līdzstrādnieks Jianjun Zhang, asociētais zinātniskais līdzstrādnieks Tings Vans, prof. Yikai Su un asociētais prof. Sjuhans Guo.
Iepriekš minēto pētījumu atbalstīja Ķīnas Nacionālā galvenā pētniecības un attīstības programma, Nacionālais dabaszinātņu izcilības jaunatnes fonds un augstākā līmeņa fonds, kā arī Ķīnas Zinātņu akadēmijas Jaunatnes veicināšanas komiteja.
Silīcija bāzes kvantu punktu lāzeru monolīta integrācija ar silīcija viļņvadiem
1. attēls. Lāzera un viļņvada monolīta integrēta ierīce
2. attēls. Uz SOI balstītu integrētu III-V kvantu punktu lāzeru darbības raksturlielumi
