p Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST) relataram que os primeiros lasers III-V de 1,5 μm do mundo cresceram diretamente nos wafers SOI de 220 nm (silício sobre isoladores) padrão da indústria sem buffer, potencialmente pavimentando uma abertura para o "Santo Graal" para a pesquisa atual de silício (Si-) fotônica. p Unindo perfeitamente as fontes de luz III-V ativas com os dispositivos fotônicos passivos baseados em Si, a demonstração pode ser implantada como fontes de luz em circuitos integrados para melhorar significativamente a velocidade do circuito, eficiência energética e relação custo-benefício.

p Em outras abordagens convencionais de integração de lasers III-V em Si na literatura, buffers III-V grossos de até alguns micrômetros são usados ​​para reduzir as densidades de defeito, que apresenta enormes desafios para uma interface de luz eficiente entre os lasers III-V epitaxiais e os guias de onda baseados em Si.

p Pela primeira vez na história, a equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Lau Kei-May do Departamento de Engenharia Eletrônica e de Computação da HKUST e Pós-doutorado Dr. Han Yu desenvolveu um novo esquema de crescimento para eliminar a necessidade de buffers III-V espessos e, assim, promover um acoplamento de luz eficiente em os guias de ondas Si. O recurso sem buffer aponta para circuitos integrados fotônicos baseados em Si totalmente integrados.

p Isso possibilitou a primeira demonstração de lasers III-V de 1,5 μm cultivados diretamente nos wafers SOI de 220 nm, padrão da indústria, usando deposição de vapor químico orgânico de metal (MOCVD). As demonstrações anteriores exigiam pastilhas de Si em massa ou de SOI espesso fora do padrão da indústria.

p Os resultados da pesquisa foram recentemente publicados online em Optica em fevereiro de 2020.

p O crescente apetite mundial por serviços de Internet e a digitalização de nossas vidas leva à geração de uma grande quantidade de dados digitais, processado, armazenado, e transmitido.

p O silício é o material mais utilizado na fabricação de semicondutores, que estão incorporados em quase todas as tecnologias de comunicação com as quais confiamos todos os dias, de computadores e smartphones a datacenters e comunicações por satélite.

p Mas as melhorias na eficiência dos sistemas eletrônicos de dados convencionais não podem acompanhar o crescente tráfego de dados, que exige a integração de funcionalidades fotônicas na plataforma eletrônica baseada em Si convencional. A integração pode produzir circuitos optoeletrônicos integrados com velocidade e funcionalidades incomparáveis, e habilitar novos aplicativos.

p No entanto, diferenças fundamentais entre os materiais de Si e III-V significam que é extremamente desafiador aumentar diretamente as funcionalidades do III-V na plataforma de Si.

p O grupo do Prof. Lau no Phonics Technology Center da HKUST tem se empenhado em integrar materiais e funcionalidades III-V em wafers de silício convencionais por mais de uma década, inovar e otimizar várias abordagens para melhorar o desempenho dos lasers III-V cultivados em Si, com o objetivo de abordar progressivamente as necessidades da indústria. Este trabalho é parte de seu projeto de integração monolítica de lasers III-V em silício.

p Seu método os levou a conceber primeiro um esquema de crescimento exclusivo para cultivar diretamente materiais III-V de alta qualidade nas plataformas 220 SOI padrão da indústria. Então, eles caracterizaram e evidenciaram a excelente qualidade cristalina desses materiais epitaxiais III-V por meio de extensas medições de microscopia eletrônica de transmissão e fotoluminescência. A equipe projetou e fabricou as cavidades de laser revestidas de ar com base em simulações numéricas e, eventualmente, testou os dispositivos que mostraram que os lasers podiam sustentar a temperatura ambiente e o laser de baixo limiar na banda de 1,5 μm tecnologicamente importante sob excitação óptica.

p A demonstração leva à possibilidade e ao potencial de integração monolítica de lasers III-V nos wafers SOI de 220 nm padrão da indústria de forma econômica, compactar, e escalável.

p O Prof. Lau disse:"Se for aplicado na prática, nossa tecnologia pode permitir uma melhoria significativa da velocidade, consumo de energia, relação custo-benefício, e funcionalidade dos atuais circuitos integrados baseados em Si. Nossos aparelhos eletrônicos diários, como smartphones, laptops e TVs - basicamente tudo conectado à internet - será muito mais rápido, mais barato, usando muito menos energia e multifuncional. "

p Dr. Han acrescentou:"A próxima etapa de nossa pesquisa será projetar e demonstrar os primeiros lasers de 1.5 μm III-V eletricamente desenvolvidos diretamente nas plataformas SOI de 220 nm, e conceber um esquema para acoplar de forma eficiente a luz dos lasers III-V em guias de ondas de Si e, assim, demonstrar conceitualmente circuitos fotônicos de Si totalmente integrados. "