Наноразмерный лазер, выращенный непосредственно на поверхности кремниевого чипа, открывает новые возможности для построения гибридной микроэлектроники. Последняя должна сочетать обработку электрических и оптических сигналов в единой схеме.
Новинку продемонстрировали ученые из калифорнийского университета в Беркли (University of California, Berkeley). Они сумели аккуратно соединить кристаллические решетки кремния, как основы, и полупроводников из III-V групп таблицы Менделеева, пишет Membrana.
Из-за различий в параметрах атомов обычное совмещение материалов приводило к дефектам, влияющим на работу устройства. Однако авторы инновации придумали технологию тонкого контроля за ростом кристалла.
Ученые поместили кремниевую пластину в камеру, нагрели до 400 градусов по Цельсию, и постепенно добавили в виде газа нужные вещества. Так на подложке возник бездефектный кристалл арсенида индия галлия. Далее на нем аналогичным методом нарастили тонкую оболочку из арсенида галлия.
Когда получившийся лазер накачивали лучом от внешнего лазера, свет попадал внутрь полупроводникового столбика, где закручивался вокруг вертикальной оси по спирали (разница в оптических свойствах ядра и оболочки вызывала такой эффект). Захваченные фотоны накапливались, а после достижения определенного порога энергии выбрасывались.
«Этот спиральный эффект ранее не наблюдался в лазерах», — пишет Technology Review. (Детали опыта его авторы изложили в статье в Nature Photonics.)
Следующим шагом специалистов из Беркли должна стать демонстрация уже не оптической, а электрической накачки этого нанолазера.
Поскольку различные микроскопические фотоприемники на чипе уже существуют, такое достижение позволит строить оптические схемы на кремнии, гладко совмещенные с традиционными элементами. Эта интеграция позволит поднять плотность упаковки и скорость работы микросхем, так как устранит некоторые узкие места в передаче данных между различными частями компьютеров.
