El investigador, el profesor John Bowers, y su equipo del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la UCSB, lograron la hazaña utilizando un proceso llamado "epitaxia en fase de vapor" para depositar capas de semiconductores sobre un sustrato de silicio, creando la estructura VCSEL directamente sobre el silicio. oblea.
Los VCSEL son pequeños láseres que emiten luz perpendicular a la superficie del chip semiconductor, lo que los hace adecuados para aplicaciones en comunicaciones ópticas, detección, imágenes y pantallas. Sin embargo, la integración de VCSEL directamente en silicio ha sido un desafío de larga data debido a las propiedades del material y la falta de coincidencia de la red entre el silicio y los semiconductores compuestos comúnmente utilizados en los VCSEL.
El enfoque de Bowers supera estos desafíos empleando un sistema de material híbrido que incluye silicio, aluminio, galio, arseniuro y fosfuro de indio. Al controlar cuidadosamente las condiciones de crecimiento y los niveles de dopaje, los investigadores pudieron crear VCSEL de alta calidad con baja resistencia eléctrica y excelente rendimiento óptico sobre el sustrato de silicio.
Los VCSEL integrados mostraron un funcionamiento de onda continua a temperatura ambiente, con una densidad de corriente umbral de 1,2 kA/cm2, comparable a los VCSEL de última generación cultivados en sustratos convencionales. Los dispositivos demostraron una alta potencia de salida de 1,5 mW y un ancho de banda de modulación de 12,5 GHz.
La demostración exitosa de VCSEL totalmente integrados en silicio allana el camino para la integración monolítica de láseres y electrónica en chips de silicio, un paso clave hacia la realización de circuitos integrados fotónicos avanzados para aplicaciones en comunicaciones ópticas de alta velocidad, detección e informática.
"Nuestro trabajo representa un hito crítico en la integración de láseres en silicio", dijo Bowers. "Al integrar perfectamente los VCSEL directamente en el silicio, abrimos nuevas posibilidades para dispositivos y sistemas optoelectrónicos compactos y energéticamente eficientes".
Los hallazgos fueron publicados en la revista Nature Photonics. El equipo de investigación incluyó investigadores de UCSB, la Universidad de California, Berkeley y la Universidad de Tokio.
