Ученые сумели создать наноразмерный источник лазерного излучения на поверхности кремния, что позволит внедрить оптические наноустройства в микрочипы, повысив скорость работы процессоров и передачи информации между компьютерами, сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.

Группа ученых во главе с Кони Чан-Хаснэйн из Калифорнийского университета в Беркли впервые сумела продемонтрировать метод получения наноразмерных структур на основе арсенида галлия на поверхности кремния. Для этого ученые усовершенствовали методику химического осаждения полупроводниковых компонентов на кремниевую поверхность при низких температурах.

«Наша работа сделана на стыке множества научных дисциплин – материаловедения, полупроводниковой и лазерной технологий, оптоэлектроники и оптической физики. Предложенная методика выращивания нанолазеров может привести к развитию новых подходов к получению нанофотонных устройств, лазеров, фотодетекторов, солнечных батарей,» – сказала Чан-Хаснэйн.

В своей работе ученые показали, что выращенные ими нанолазеры могут располагаться на поверхности кремния с высокой плотностью, что позволит создавать на их основе высокоэффективные оптико-электронные устройства. Нанолазер представляет собой шестигранную трапецию в 1–2 микрона высотой, имеющую площадь основания всего 0.34 квадратных микрона. Трапеция состоит из арсенида индия-галлия (InGaAs) – полупроводникового материала, обладающего высокой способностью к генерации лазерного излучения. Сам кремний, будучи основным материалом современной микроэлектроники, малопригоден для генерации лазерного излучения и не может быть использован для создания подобных гибридных оптико-элекронных микросхем. По этой причине ученые уже давно ищут способы создания подобных устройств с использованием дополнительных материалов, например, полупроводников из так называемой группы A3B5. Эти полупроводники, состоящие из элементов 3 и 5 групп таблицы Менделеева, обладают электрофизическими параметрами, прекрасно подходящими для создания на их основе лазеров.

Подобные материалы на наноразмерном уровне крайне сложно интегрировать в кремниевые микрочипы – они слишком сильно отличаются от кремния по условиям получения и обработки, а также своим кристаллическим строением. Облучение таких наноразмерных структур, выращенных на поверхности кремния, зеленым лазерным излучением приводит к испусканию ими лазерного излучения в ИК-диапазоне. При этом поглощаемый структурами на основе арсенида галлия свет «запирается» внутри трапеций, циркулируя в них по винтовой траектории от основания трапеции к ее вершине и обратно. Именно это необычное свойство наноструктур на основе арсенида галлия и позволяет им становиться источниками лазерного излучения. Это позволяет ученым надеяться на создание в скором времени гибридных наноэлектронных оптических устройств, которые будут на порядки превосходить по быстродействию современные электронные микрочипы.