Diodos láser de nanocristales de GaAs fabricados en su totalidad en una línea piloto CMOS de 300 mm

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Optoelectrónica y sus derivados
• Física de los semiconductores

Sus antecedentes:

• La fotónica de silicio ofrece un potencial revolucionario para la comunicación, la computación y la detección.
• La adopción generalizada se ve obstaculizada por la falta de fuentes de luz escalables y nativas complementarias integradas en semiconductores de óxido metálico (CMOS).
• La integración híbrida y heterogénea de fuentes de luz III-V en silicio ha avanzado, pero la integración monolítica a través de epitaxia directa es ideal para la rentabilidad.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar la integración monolítica de diodos láser accionados eléctricamente en obleas de silicio (Si).
• Superar las limitaciones de la fotónica de silicio actual mediante el desarrollo de una fuente de luz escalable y rentable.
• Mostrar un nuevo enfoque de ingeniería de nano-puente para la integración III-V/Si.

Principales métodos:

• Fabricación de diodos láser basados en arseniuro de galio (GaAs) en obleas de Si de 300 mm dentro de una línea piloto CMOS.
• Utilizando un nuevo enfoque de ingeniería nano-ridge para la integración monolítica.
• Crecimiento de guías de onda de nanoaristas de GaAs de alta calidad con diodos p-i-n incrustados y pozos cuánticos de arseniuro de gallio de indio (InGaAs) a escala de obleas.

Principales resultados:

• Demostrado láser de onda continua a temperatura ambiente a ~ 1,020 nm en más de 300 dispositivos a través de una oblea.
• Se consiguen corrientes de umbral bajas (tan bajas como 5 mA) y potencias de salida superiores a 1 mW.
• Se han observado anchos de línea de láser estrechos (hasta 46 MHz) y funcionamiento estable hasta 55°C.

Conclusiones:

• El concepto de ingeniería de nano-puente III-V/Si es viable para la integración monolítica de diodos láser.
• Este enfoque permite aplicaciones sensibles a los costos y de gran volumen en detección óptica e interconexiones.
• La tecnología desarrollada allana el camino para plataformas fotónicas de silicio avanzadas.