Наноразмерный лазер (о котором мы уже кратко писали в следующей статье), выращенный непосредственно на поверхности кремниевого чипа, открывает новые возможности для построения гибридной микроэлектроники. Последняя должна сочетать обработку электрических и оптических сигналов в единой схеме.

Рис. 1. На этом снимке с электронного микроскопа
виден новый лазер в процессе получения – это столбик
с высотой и поперечником примерно по 600 нанометров
(иллюстрации Roger Chen, Forrest G. Sedgwick1 & Connie
Chang-Hasnain et al./Nature Photonics).

Новинку продемонстрировали учёные из калифорнийского университета в Беркли (University of California, Berkeley). Они сумели аккуратно соединить кристаллические решётки кремния, как основы, и полупроводников из III-V групп таблицы Менделеева.

Из-за различий в параметрах атомов обычное совмещение материалов приводило к дефектам, влияющим на работу устройства. Однако, авторы инновации придумали технологию тонкого контроля за ростом кристалла.

Учёные поместили кремниевую пластину в камеру, нагрели до 400 градусов по Цельсию, и постепенно добавили в виде газа нужные вещества. Так на подложке возник бездефектный кристалл арсенида индия галлия. Далее на нём аналогичным методом нарастили тонкую оболочку из арсенида галлия.

Рис. 2. Новый чип находится внутри испытательной
камеры в центре этого снимка (фото Technology Review).

Когда получившийся лазер накачивали лучом от внешнего лазера, свет попадал внутрь полупроводникового столбика, где закручивался вокруг вертикальной оси по спирали (разница в оптических свойствах ядра и оболочки вызывала такой эффект). Захваченные фотоны накапливались, а после достижения определённого порога энергии выбрасывались.

«Этот спиральный эффект ранее не наблюдался в лазерах», — пишет Technology Review. (Детали опыта его авторы изложили в статье в Nature Photonics.)

Следующим шагом специалистов из Беркли должна стать демонстрация уже не оптической, а электрической накачки этого нанолазера.

Поскольку различные микроскопические фотоприёмники на чипе уже существуют, такое достижение позволит строить оптические схемы на кремнии, гладко совмещённые с традиционными элементами. Эта интеграция позволит поднять плотность упаковки и скорость работы микросхем, так как устранит некоторые узкие места в передаче данных между различными частями компьютеров.

Рис. 3. Схема лазера на чипе и его раскрашенные фотографии. Ниже – схема закручивания света и распределение полей в кристалле (иллюстрации Roger Chen, Forrest G. Sedgwick1 & Connie Chang-Hasnain et al./Nature Photonics).