Сделан важный шаг к кремниевой терагерцевой фотонике
Диодные лазеры, используемые в сканерах штрих-кодов или в лазерных указках, обычно основаны на арсениде галлия (GaAs). К сожалению, физические процессы, которые создают свет в GaAs, плохо работают в кремнии - гораздо более технологически освоенном полупроводнике. Поиск способов реализации "лазера на кремнии" остается давней и заманчивой целью инженеров.
Прогресс на пути к созданию таких устройств недавно продемонстрировала публикация в Applied Physics Letters, сообщающая об электролюминесценции, полученной от кремний-германиевой гетероструктуры (SiGe). Помимо того, что этот материал совместим со стандартными производственными процессами кремниевой микроэлектроники, излучение наблюдалось в терагерцевом диапазоне, представляющем интерес для ряда важных приложений.
В этом исследовании использовалась парадигма квантово-каскадного лазера (QCL), излучающего не за счет рекомбинации электронов и дырок через запрещенную зону, а путем туннелирования электронов через повторяющиеся нанослои полупроводников.
На сегодняшний день QCL уже созданы для многих материалов, но, несмотря на благоприятные прогнозы, не для кремния. Превратив эти предсказания в реальность, междисциплинарная команда разработала и сконструировала устройства с комбинацией слоев SiGe и чистого германия (Ge), высотой менее 100 нанометров, повторяющейся с атомарной точностью 51 раз.
На таких гетероструктурах ученые из Италии, Германии, Шотландии и Швейцарии зарегистрировали электролюминесценцию, спектральные характеристики которой хорошо согласуются с расчетами. Хотя излучает структура Ge/SiGe все еще значительно хуже, чем ее аналог на базе GaAs, экспериментальные результаты ясно показывают, что команда находится на правильном пути.
Следующим шагом будет сборка аналогичных структур Ge/SiGe по лазерной схеме. Конечная цель - получить QCL на кремниевой основе, функционирующий при комнатных температурах.
Благодаря потенциальной универсальности и сниженной себестоимости, такие устройства могут сделать возможным широкомасштабное использование терагерцевого излучения в существующих и новых областях применения: от медицинской визуализации до беспроводной связи.
