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硅与光学活性的物质结合实现工业上应用的微型激光器

导读: 硅材料彻底改变了电气设备的制造形式。这种丰富的半导体很容易被加工成微小的组件,如晶体管等,而其中使用的方法是可扩展到工业制造水平上的,从而使得成千上万的元器件可集成在一个单一的芯片上进行生产。

  硅材料与发光半导体材料的结合有望帮助开发新的微米量级的激光器,这一研究由A*STAR Data Storage 研究所的Doris Keh-Ting Ng以及其同事共同合作研究。

  硅材料彻底改变了电气设备的制造形式。这种丰富的半导体很容易被加工成微小的组件,如晶体管等,而其中使用的方法是可扩展到工业制造水平上的,从而使得成千上万的元器件可集成在一个单一的芯片上进行生产。电子工程师想进一步扩大这些集成电路的功能,使它们能够创建、处理和检测光。

  这些光电器件可以加快数字信息的处理速度,并可实现微米尺度的激光器,例如可用在条形码扫描仪上。然而,问题是,硅材料并不是一个有效的光发生器。

  Ng的团队设计并制作了一种结合硅和可以发光的半导体材料的激光器,这种半导体材料是铟镓砷化物(InGaAsP)。“我们的研究结果显示,这可能实现硅基的一种高效、紧凑的有源光电子器件的实现方法,即用一个非常薄的III-V族的半导体硅层,”Ng说。

  在任何激光结构中的一个重要的考虑因素是光的反馈,即在结构内捕获光的能力,以进一步驱动光的产生。在传统的激光器中,这是通过放置在光产生区的任何一侧的一面镜子实现。相反,Ng和团队使用了一个圆柱形的几何设备。这会把产生的一些光捕获在设备的壁上,并迫使它在气缸内传播。这被称为回音廊模式,因为同样的效果会发生在一个圆形的房间里,如圆顶大教堂中的声波。

  该团队一开始使用一个硅衬底,他们沉积了一层薄薄的氧化硅。具有光学活性的InGaAsP的薄膜,只有210纳米厚,是单独制造的,然后粘上氧化硅。然后,该团队通过一些材料蚀刻,以创建气缸,具有两个或三微米的直径。三微米器件发射的激光光的波长为1519纳米,这非常接近商业光通信系统中使用的波长。

  这个装置具有一个独特的功能,回音壁模式延伸到了硅和InGaAsP区域。InGaAsP可提供光放大,而硅可被动引导光。“下一步,我们希望将这些想法应用于室温下的设备中,”Ng说。“在更高的温度下的操作将需要对激光器的设计和制造进行调整。”
 

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