|
Американские физики из Университета Цинциннати, штат Огайо, объявили о создании первого в мире кремниевого лазера, работающего в видимом диапазоне излучения. Ранее инфракрасные кремниевые лазеры были продемонстрированы исследователями из Калифорнийского университета и из компании Intel.
О создании кремниевого лазера полупроводниковые компании мечтали десятки лет. Большинство современных микросхем, в том числе процессоры, изготавливаются на кремниевой основе. Однако для сопряжения кремниевой электроники с оптическими каналами передачи данных всегда требовались отдельные внешние устройства, изготовленные из других материалов и по другой технологии. Понятно, что это значительно усложняло и удорожало электронно-оптическое оборудование.Созданный в Intel кремниевый лазер дает надежду на решение этой проблемы. Лазерное излучение удалось генерировать непосредственно в кремниевом кристалле, который обрабатывался по обычной технологии, используемой в производстве кремниевых микросхем. Но интеловский лазер работает только в инфракрасном диапазоне, тогда как в передаче данных все чаще используется более высокочастотное излучение видимого диапазона.
Новая разработка университета Цинциннати позволяет создавать кремниевые лазеры, работающие как в инфракрасном, так и в видимом диапазоне, сообщает сайт Optics.org. Но для этого пришлось поступиться самым главным достижением Intel: для работы нового лазера недостаточно чистого кремния. На кремниевую подложку требуется нанести тонкие кристаллические слои вещества строго определенного состава.
Один слой состоит из алюминия, галлия и азота (AlGaN), второй — из галлия и азота (GaN) с примесью различных редкоземельных элементов. Эти слои наносятся методом молекулярно-лучевой эпитаксии, когда на поверхности одного монокристалла из напыляемых в вакууме молекул выращивается другой.
Ключевой параметр лазера — состав редкоземельной примеси. Так, при использовании в качестве примеси элемента европия (Eu) получается красный лазер, при использовании эрбия (Er) — зеленый или инфракрасный, а с применением тулия (Tm) — голубой.
Понятно, что необходимость применять эпитаксию и редкоземельные элементы не позволит производить такие «кремниевые» лазеры строго по обычной технологии. Но все же подобную процедуру можно теоретически встроить в существующие технологические линии, напыляя эти слои только на тот участок кремниевого кристалла микросхемы, который будет отвечать за генерацию излучения. Это усложнит производство микросхем, но зато избавит от необходимости сборки электронно-оптических устройств из нескольких отдельных деталей.
Правда, до практического применения новой разработки предстоит решить еще одну серьезную проблему. Новый лазер, как и кремниевый инфракрасный лазер от Intel, накачивается другим источником лазерного излучения. В данном случае используется импульсный (600 пикосекунд) ультрафиолетовый (337,1 нм) азотный лазер. А для промышленного использования кремниевых лазеров совершенно необходимо перейти на электрическую накачку. Разработчики из Университета Цинциннати утверждают, что в их технологии это сделать проще, чем в технологии Intel и Калифорнийского университета. Насколько они правы, покажет время.
