Décadas atrás, a lei de Moore previa que o número de transistores em um circuito integrado denso dobrava aproximadamente a cada dois anos. Essa previsão provou estar certa nas últimas décadas, e a busca por dispositivos semicondutores cada vez menores e mais eficientes tem sido uma força motriz em avanços na tecnologia.

Com uma necessidade duradoura e crescente de miniaturização e integração em grande escala de componentes fotônicos na plataforma de silício para comunicação de dados e aplicações emergentes em mente, um grupo de pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong e da Universidade da Califórnia, Santa Barbara, demonstrou com sucesso micro-lasers eletricamente bombeados pequenos recorde crescidos epitaxialmente em substratos de silício padrão da indústria (001) em um estudo recente. Um limite de submiliamperes de 0,6 mA, emitir no infravermelho próximo (1,3 μm) foi obtido para um micro-laser com um raio de 5 μm. Os limites e pegadas são ordens de magnitude menores do que os lasers relatados anteriormente que cresceram epitaxialmente em Si.

Suas descobertas foram publicadas na prestigiosa revista Optica em 4 de agosto, 2017 (DOI:10.1364 / OPTICA.4.000940).

"Demonstramos os menores lasers QD de injeção de corrente crescidos diretamente em silício padrão da indústria (001) com baixo consumo de energia e estabilidade de alta temperatura, "disse Kei May Lau, Fang Professor de Engenharia e Professor Catedrático do Departamento de Engenharia Eletrônica e de Computação da HKUST.

"A realização de lasers de tamanho mícron de alto desempenho cultivados diretamente em Si representa um grande passo em direção à utilização de epitaxia III-V / Si direta como uma opção alternativa para técnicas de ligação de wafer como fontes de luz de silício on-chip com integração densa e baixa consumo de energia."

Os dois grupos têm colaborado e desenvolvido previamente micro-lasers de onda contínua (CW) com bomba óptica operando em temperatura ambiente que foram cultivados epitaxialmente em silício sem camada tampão de germânio ou mistura de substrato. Desta vez, eles demonstraram lasers QD bombeados eletricamente pequenos recorde crescidos epitaxialmente em silício. "A injeção elétrica de micro-lasers é uma tarefa muito mais desafiadora e assustadora:primeiro, a metalização do eletrodo é limitada pela cavidade de tamanho micro, que pode aumentar a resistência do dispositivo e impedância térmica; segundo, o modo de galeria sussurrante (WGM) é sensível a qualquer imperfeição do processo, o que pode aumentar a perda óptica, "disse Yating Wan, HKUST PhD graduado e agora pós-doutorado no Optoelectronics Research Group da UCSB.

“Como uma plataforma de integração promissora, fotônica de silício precisa de fontes de laser no chip que melhoram drasticamente a capacidade, ao mesmo tempo em que reduz o tamanho e a dissipação de energia de maneira econômica para a manufatura em volume. A realização de lasers de tamanho mícron de alto desempenho cultivados diretamente em Si representa um grande passo em direção à utilização de epitaxia III-V / Si direta como uma opção alternativa para técnicas de ligação de wafer, "disse John Bowers, Vice-presidente executivo da AIM Photonics.