Les lasers fabriqués directement sur les puces photoniques en silicium offrent plusieurs avantages par rapport aux sources laser externes, telles que plus d'évolutivité. De plus, les puces photoniques avec ces lasers intégrées « monolithiquement » peuvent être commercialement viables si elles peuvent être fabriquées dans des fonderies standard de semi-conducteurs.
Les lasers semi-conducteurs III-V peuvent être intégrés de manière monolithique aux puces photoniques en cultivant directement une couche cristalline de matériau laser, telles que l'arséniure d'indium, sur un substrat de silicium. Cependant, les puces photoniques avec une telle source laser intégrée sont difficiles à fabriquer en raison de la décalage entre les structures ou les propriétés du matériau semi-conducteur III-V et du silicium. La « perte de couplage » ou la perte de puissance optique pendant le transfert de la source laser aux guides d'ondes de silicium dans la puce photonique est encore une autre préoccupation lors de la fabrication de puces photoniques avec des lasers intégrés monolithiquement.
Dans une étude récemment publiée dans le Journal of Lightwave TechnologyLa Dre Rosalyn Kosca de l'Université de Californie à États-Unis et son équipe ont réussi à intégrer monolithiquement les lasers à point quantique d'indium quantum (QD) sur le silicium Photonics Chiplets.
Selon le Dr Kosca, « les applications de circuit intégré photonique (PIC) appellent des sources d'éclairage sur puce avec une petite empreinte d'appareil pour permettre l'intégration de composants plus dense ».
Pour réaliser cette intégration monolithique, les auteurs ont combiné trois concepts clés: la stratégie laser de poche pour l'intégration monolithique, un schéma de croissance des matériaux en deux étapes qui comprend à la fois une approche de remplissage chimique en métal pour minimiser la divergence optique de la poutre optique dans le gabanteur monolithiquement intégré des lasers QD monolithiquement sur le silicone photonique.
Lors des tests, les chiplets avec des lasers monolithiquement intégrés ont démontré une perte de couplage suffisamment faible. En conséquence, les lasers QD fonctionnent efficacement sur une seule longueur d'onde de bande O dans les chiplets. La longueur d'onde de la bande O est souhaitable car elle permet la transmission des signaux dans les dispositifs photoniques à faible dispersion. Le lasage dans la fréquence unique est obtenu à l'aide de résonateurs d'anneaux en silicium ou des réflecteurs Bragg distribués à base de nitrure de silicium.
« Nos lasers QD intégrés ont démontré un lasier à haute température jusqu'à 105 ° C et une durée de vie de 6,2 ans tout en fonctionnant à une température de 35 ° C », explique le Dr Kosca.
La technique d'intégration laser a le potentiel d'être largement adoptée pour deux raisons. Premièrement, les puces photoniques peuvent être fabriquées dans des fonderies standard de semi-conducteurs. Deuxièmement, la technique d'intégration du laser QD peut fonctionner pour une gamme de conception de puces intégrées photoniques sans avoir besoin de modifications étendues ou complexes.
La technique d'intégration proposée peut être appliquée à une variété de conceptions de circuits intégrés photoniques en modifiant les composants photoniques de silicium, ouvrant la voie à une intégration monolithique évolutive et rentable des sources de lumière sur puce pour des applications pratiques.
