Устанавливать лазеры прямо на кремниевые чипы непросто, но гораздо более эффективно, чем крепить внешний лазер на микросхему. Непрямая энергетическая щель кремния затрудняет создания лазера из этого материала, но диоды лазера могут быть построены на основе полупроводниковых материалов III-IV группы, например, фосфидом индия или арседином галлия.
Соединив слой таких элементов поверх кремниевой пластины и использовав его для усиления лазера, ученые интегрировали лазер на квантовой яме, который работает при 2 µm. Ограничения в диодных лазерах мешали использовать длинные волны, поэтому ученые обратили свое внимание на каскадные лазеры.
Студент ТГУ создал лазер на органике с изменяемой длиной волны
Кейсы
Создание каскадного лазера на основе кремния затруднено еще и потому, что диоксид кремния становится абсорбентом при длинных волнах в среднем инфракрасном диапазоне. «Это значит, что нам нужно было не только построить другой тип лазера, но и другой кремниевый волновод, — говорит Александер Спотт, руководитель группы физиков. — Мы создали волновод типа SONOI („кремний на нитриде на изоляторе“), в котором под кремниевым волноводом использован слой нитрида кремния (SiN), а не SiO2».
В дальнейшем ученые надеются улучшить конструкцию лазера, чтобы увеличить его мощность и эффективность. Это приведет их к созданию полностью интегрированных инфракрасных устройств среднего диапазона на кремниевом чипе. Из-за дешевизны кремния стоимость производства отдельного чипа может значительно сократиться, и на одном микрочипе разместятся несколько сенсоров различного вида.