A combinação de silício com um semicondutor produtor de luz pode ajudar a desenvolver lasers em escala micrométrica, mostra Doris Keh-Ting Ng e seus colegas do A * STAR Data Storage Institute.

O silício revolucionou a fabricação de dispositivos elétricos. Este semicondutor abundante é facilmente processado em componentes minúsculos, como transistores, usando métodos que são escalonáveis ​​para níveis industriais, permitindo assim a produção de centenas de milhares de elementos em um único chip. Os engenheiros eletrônicos gostariam de expandir ainda mais a funcionalidade desses circuitos integrados, permitindo-lhes criar, manipular e detectar a luz.

Esses dispositivos optoeletrônicos podem acelerar o processamento de informações digitais, e levam a lasers de escala micrométrica, para uso em leitores de código de barras, por exemplo. O problema, Contudo, é que o silício não é um gerador de luz eficiente.

A equipe de Ng projetou e produziu um laser compatível com técnicas de fabricação de silício, combinando silício e outro material semicondutor que pode produzir luz:fosfeto de arseneto de gálio e índio (InGaAsP). "Nossos resultados demonstram uma abordagem promissora para dispositivos optoeletrônicos ativos compactos e eficientes em silício usando uma camada semicondutora III-V muito fina, "diz Ng.

Uma consideração crucial em qualquer estrutura de laser é o feedback óptico:a capacidade de capturar a luz dentro da estrutura para direcionar a geração de luz posterior. Em lasers convencionais, isso é feito colocando um espelho em cada lado da região de geração de luz. Em vez de, Ng e a equipe usaram uma geometria de dispositivo cilíndrico. Isso prendeu parte da luz gerada nas paredes do dispositivo e a forçou a se propagar dentro do cilindro. Isso é chamado de modo de galeria sussurrante porque o mesmo efeito captura ondas sonoras em uma sala circular, como uma cúpula de catedral.

A equipe começou com um substrato de silício, sobre o qual depositaram uma fina camada de óxido de silício. O filme InGaAsP opticamente ativo, apenas 210 nanômetros de espessura, foi fabricado separadamente e então ligado no topo do óxido de silício. A equipe então gravou parte do material para criar cilindros com dois ou três micrômetros de diâmetro. Os dispositivos de três micrômetros emitiram luz laser com um comprimento de onda de 1, 519 nanômetros, muito próximo ao usado em sistemas de comunicações ópticas comerciais.

Um recurso exclusivo desse dispositivo é que o modo de galeria sussurrante se estende tanto às regiões de silício quanto InGaAsP. O InGaAsP fornece amplificação de luz enquanto o silício orienta passivamente a luz. "Em seguida, esperamos aplicar essas ideias a dispositivos que operam em temperatura ambiente, "diz Ng." A operação em temperaturas mais altas exigirá o ajuste fino do design e da fabricação do laser. "