Опыты физиков РФ и Белоруссии ускорят внедрение микролазеров в фотонные схемы

МОСКВА, 27 февраля. /ТАСС/. Российские и белорусские физики впервые изучили перемены в работе микролазеров на базе индия, галлия и азота при разных температурах окружающей среды. Это помогло ученым доказать, что характер вырабатываемого этими лазерами свечения почти не меняется в широком диапазоне температур, говорится в статье, опубликованной в научном журнале "Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки".

"Мы впервые продемонстрировали возможность стабильной работы микролазеров, построенных на базе микродисков с квантовыми колодцами, при высоких температурах окружающей среды, достигающих ста градусов Цельсия. Это открытие позволяет нам сделать большой шаг в сторону интеграции подобных излучателей в кремниевую микроэлектронику", - говорится в исследовании.

Российские и белорусские физики уже долгое время работают над созданием компактных лазеров, которые можно было бы внедрять в интегральные схемы и миниатюрные приборы, сопоставимые по размерам с красными кровяными клетками. Решить эту задачу крайне сложно, что связано с тем, что уменьшение размеров лазера ведет к очень быстрому нарастанию проблем по удержанию света внутри резонатора - структуры, где свет многократно отражается и усиливается.

Недавно ученые выяснили, что эту проблему можно решить при помощи двух элементов - эффекта шепчущей галереи, а также специального буферного слоя из комбинации нитрида алюминия и нитрида алюминия и галлия, чей состав постепенно меняется по мере движения вглубь толщины этого материала. Данная прослойка компенсирует механические напряжения между кремниевой подложкой и слоями из нитридов галлия и индия, а также снижает утечку излучения, позволяя лазеру стабильно работать даже при небольших размерах.

Добившись успеха в разработке подобных излучателей размером с песчинку, исследователи проверили, как на их работу влияют те температуры окружающей среды, которые характерны для классических кремниевых микросхем. Для этого ученые плавно нагревали микролазеры до температуры в 100 градусов Цельсия и отслеживали то, как нагрев влиял на стабильность вырабатываемого излучения и его спектральные характеристики.

Проведенные физиками замеры показали, что пик излучения в структуре спектра лазера сдвинулся в результате нагрева на фактически незаметное значение, порядка двух нанометров, и при этом пороговая мощность накачки лазера почти не изменилась. Это говорит, что подобные излучатели можно интегрировать внутрь микросхем без существенного ухудшения их рабочих характеристик, это позволит создавать фотонные схемы и другие элементы вычислительных приборов, подытожили ученые.