A fotônica de silício integrada incorpora microeletrônica e optoeletrônica, uma combinação que deverá revolucionar uma variedade de campos, como comunicação, de detecção, iluminação, monitores, imagem e detecção. Os lasers de silício são a chave para obter fotônica de silício integrada. Contudo, os ganhos ópticos do silício são menores do que os dos semicondutores compostos III-V em uma ordem de magnitude ou duas, devido ao seu recurso bandgap indireto. Embora a fabricação de lasers de composto III-V maduros em substratos de silício tenha sido proposta para contornar este problema, o desenvolvimento de laser totalmente de silício é desejado para fotônica de silício integrada devido à melhor compatibilidade com técnicas modernas de silício.

Recentemente, uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelo Prof. X. Wu, Prof. M. Lu e o associado Prof. S.-Y. Zhang, da Fudan University, desenvolveu o primeiro laser totalmente de silício do mundo usando nanocristais de silício com altos ganhos ópticos. Primeiro, eles aumentaram muito a intensidade de emissão de silício, desenvolvendo uma técnica de crescimento de filme para nanocristais de silício de alta densidade ( Physica E , 89, 57-60 (2017)). Em seguida, eles desenvolveram uma abordagem de passivação de alta pressão e baixa temperatura, o que contribuiu para uma saturação total dos laços pendentes, levando a maiores ganhos ópticos comparáveis ​​aos obtidos pelo arsenieto de gálio (GaAs) e fosfeto de índio (InP). Nesta base, eles projetaram e fabricaram cavidades de ressonância de feedback distribuído (DFB) e obtiveram lasers DFB opticamente bombeados totalmente de silício. O laser totalmente de silício com bombeamento óptico também abre caminho para a realização do laser totalmente com bombeamento elétrico de silício.

O ganho óptico dos nanocristais de silício foi constantemente aprimorado à medida que a passivação prosseguia e, finalmente, atingiu o valor comparável ao do GaAs e do InP. Características de lasing - o efeito de limiar, a dependência de polarização, o estreitamento espectral significativo e a pequena propagação do ângulo de divergência da emissão estimulada - foram cumpridos, sugerindo a realização de um laser totalmente de silício com bombeamento óptico. Os lasers também mostraram repetibilidade confiável. Os picos de laser das quatro amostras adicionais feitas sob condições de fabricação semelhantes estavam dentro da faixa espectral de 760 nm a 770 nm. A variação no pico de laser foi devido à pequena diferença nos índices de refração efetivos. A largura total na metade do máximo (FWHM) do pico de emissão foi reduzida de ~ 120 nm para 7 nm quando o laser foi bombeado acima do limite.