Ученым удалось «вырастить» нанолазер — инструмент, обещающий очередной прорыв в оптоэлектронике, создании чувствительных химических сенсоров и еще более эффективных микросхем.

«Эти результаты могут оказать влияние на очень широкий спектр областей в науке и технологиях», — говорит одна из авторов работы, профессор Конни Чен-Хаснейн (Connie Chang-Hasnain). Действительно, все растущие требования к производительности и компактности электронных устройств заставляют ученых обращать самое пристальное внимание на способности фотонов излучения служить более эффективными переносчиками информации, нежели электрические сигналы. Считается, что именно переход к использованию фотонов ознаменует новый прорыв в области электроники.

Кремний, служащий фундаментом современных микросхем, для генерации излучения крайне малоэффективен. Поэтому инженеры обратились к полупроводникам, состоящим из элементов III и V групп Периодической таблицы — галлия, алюминия, мышьяка, бора, фосфора, индия… Они уже показали себя очень удачными материалами для использования в составе светодиодов и лазеров.

К сожалению, объединить кремний и III-V-полупроводники на единой оптоэлектронной микросхеме оказалось не так просто. «Вырастить пленку III-V-полупроводника на кремниевой подложке — это как состыковать вместе два несовпадающих кусочка паззла, — говорит студент Роджер Чен (Roger Chen), один из членов группы Конни Чен-Хаснейн, — В принципе, такое возможно, но в процессе структура обоих кусочков нарушается». Более того, идеально было бы научиться объединять кремниевые и III-V-полупроводниковые элементы с учетом технологий, использующихся современной электронной промышленностью.

«Современную производственную инфраструктуру менять трудно и по технологическим, и по экономическим соображениям, — поясняет Конни Чен-Хаснейн, — Так что создание совместимого решения — вопрос критической важности. Одна из вызванных этим проблем состоит в том, что производство III-V-полупроводниковых компонентов требует высоких температур, 700 градусов и даже выше, что для кремниевой электроники просто губительно».

И все-таки, группе Чен-Хаснейн удалось соединить несоединимое, научившись выращивать нити индий-галлий-арсенида (InGaAs) на кремниевой подложке и при довольно умеренной температуре — порядка 400 ОС. Секрет тут оказался в переходе к наномасштабам. Получив готовые нанонити, ученые с успехом продемонстрировали их способность генерировать излучение в ближней ИК-области спектра (950 нм) уже при комнатной температуре. Образуемые нанонитями структуры с гексагональной симметрией сами по себе создают эффективный «туннель» для движения фотонов. Излучение, двигаясь внутри него по спирали, усиливается за счет работы «оптического резонатора».

Читайте также: «Органическая нанопипетка».

По пресс-релизу UC Berkeley