Oliy ta’lim tizimi pedagog va rahbar kadrlarini qayta tayyorlash va ularning malakasini oshirishni tashkil etish bosh ilmiy-metodik markazi farg’ona davlat universiteti

Gibrid Kremniy lazer

Raman effektiga asoslangan uzluksiz to'lqinli Kremniy lazer, asosan, nasos nurlanishi sifatida ishlatiladigan tashqi nurlanish manbai mavjudligini taxmin qiladi. Shu ma'noda, bu lazer kremniy fotonikasining asosiy muammolaridan birini - barcha strukturaviy bloklarni (radiatsiya manbalari, filtrlar, modulyatorlar, demodulyatorlar, to'lqin o'tkazgichlar va boshqalar) bir kremniy chipiga birlashtirish qobiliyatini hal qilmaydi.
Bundan tashqari, optik nurlanishning tashqi manbalaridan foydalanish (chipdan tashqarida yoki hatto uning yuzasida joylashgan) kremniy to'lqin o'tkazgichga nisbatan lazerni tekislashning juda yuqori aniqligini talab qiladi, chunki bir necha mikronning noto'g'ri moslashuvi butun qurilmaning ishdan chiqishiga olib kelishi mumkin. (9-rasm). Aniq sozlash talabi ushbu toifadagi qurilmalarni ommaviy bozorga olib chiqishga imkon bermaydi va ularni ancha qimmat qiladi. Shu sababli, kremniy lazerini kremniy to'lqin o'tkazgichga nisbatan tekislash kremniy fotonikasidagi eng muhim muammolardan biridir.

Rasm. 9. Tashqi lazerlardan foydalanganda lazerni aniq tekislash talab qilinadi
va to'lqin o'tkazgich
Agar lazer va to'lqin o'tkazgich bir xil texnologik jarayonda bir kristalda yaratilgan bo'lsa, bu muammoni hal qilish mumkin. Shuning uchun gibrid kremniy lazerining yaratilishi kremniy fotonikasini yangi bosqichga olib chiqdi, deb hisoblash mumkin.
Bunday gibrid lazerning ishlash printsipi juda oddiy va indiy fosfidining (InP) chiqarish xususiyatlariga va kremniyning yorug'lik o'tkazish qobiliyatiga asoslangan.
Gibrid lazerning tuzilishi shaklda ko'rsatilgan. 10. Yarimo'tkazgichli lazerning faol moddasi sifatida ishlaydigan indiy fosfidi to'g'ridan-to'g'ri kremniy to'lqin o'tkazgichning ustida joylashgan va undan dielektrikning eng nozik qatlami (uning qalinligi atigi 25 atom qatlami) - kremniy oksidi bilan ajralib turadi, bu " hosil bo'lgan nurlanish uchun shaffof". Elektrodlar o'rtasida kuchlanish qo'llanilganda, elektronlar oqimi manfiy elektrodlardan ijobiy tomonga yo'nalishda sodir bo'ladi. Natijada indiy fosfidining kristall strukturasidan elektr toki o'tadi. Elektr toki indiy fosfididan o'tganda, teshiklar va elektronlarning rekombinatsiyasi jarayoni natijasida fotonlar, ya'ni nurlanish paydo bo'ladi. Ushbu nurlanish to'g'ridan-to'g'ri kremniy to'lqin uzatgichga kiradi.

Rasm. 10. Gibrid kremniy lazerning tuzilishi
Kremniy lazerning tavsiflangan tuzilishi kremniy to'lqin o'tkazgichga nisbatan lazerni qo'shimcha sozlashni talab qilmaydi, chunki ularning bir-biriga nisbatan o'zaro joylashishi gibrid lazerning monolit tuzilishini shakllantirish jarayonida bevosita amalga oshiriladi va boshqariladi.
Bunday gibrid lazerni ishlab chiqarish jarayoni bir necha asosiy bosqichlarga bo'linadi. Dastlab, kremniy qatlami, izolyator qatlami (kremniy oksidi) va boshqa kremniy qatlamidan iborat bo'lgan "sendvichda" to'lqin o'tkazgich strukturasi etching orqali hosil bo'ladi (11-rasm) va ishlab chiqarishning ushbu texnologik bosqichidan farq qilmaydi. mikrochiplarni ishlab chiqarishda ishlatiladigan jarayonlar.

Rasm. 11. Kremniyda to'lqin uzatuvchi strukturaning hosil bo'lishi
Keyinchalik, to'lqin o'tkazgich yuzasida indiy fosfidining kristalli tuzilishini hosil qilish kerak. Indiy fosfid kristalli strukturasini allaqachon shakllangan to'lqin uzatuvchi strukturada o'stirishning texnologik jihatdan murakkab jarayonidan foydalanish o'rniga, yarim o'tkazgich qatlami bilan birga indiy fosfidi substrati. n-turi alohida shakllanadi, bu ancha sodda va arzon. Muammo indiy fosfidini to'lqin uzatuvchi strukturaga ulashdir.
Buning uchun kremniy to'lqin uzatmalarining tuzilishi ham, indiy fosfidi substrati ham past haroratli kislorod plazmasida oksidlanish jarayoniga duchor bo'ladi. Ushbu oksidlanish natijasida ikkala material yuzasida qalinligi atigi 25 atom qatlami bo'lgan oksid plyonkasi hosil bo'ladi (12-rasm).

Rasm. 12. Indiy fosfid substrati
hosil bo'lgan oksid qatlami bilan
Ikkita material qizdirilganda va bir-biriga bosilganda, oksid qatlami shaffof elim vazifasini bajaradi va ularning yagona kristallga birlashishini ta'minlaydi (13-rasm).

Rasm. 13. Kremniy to'lqin o'tkazgichlar tuzilishini "yopishtirish"
indiy fosfidi yordami bilan
Ta'riflangan dizayndagi kremniy lazeri bir-biriga yopishtirilgan ikkita materialdan iborat bo'lganligi sababli u gibrid lazer deb ataladi. Bog'lanish jarayonidan so'ng, ortiqcha indiy fosfidi etching orqali chiqariladi va metall kontaktlari hosil bo'ladi.
Gibrid kremniy lazerlarini ishlab chiqarishning texnologik jarayoni bir chipga o'nlab va hatto yuzlab lazerlarni joylashtirish imkonini beradi (14-rasm).

Rasm. 14. To'rttadan iborat chipning sxemasi
gibrid Kremniy lazer
Intel tomonidan Kaliforniya universiteti bilan birgalikda namoyish etilgan birinchi chipda ettita gibrid kremniy lazer mavjud edi (15-rasm).

Rasm. 15. Etti gibrid kremniy lazerining nurlanishi,
bitta chipda yaratilgan
Ushbu gibrid lazerlar 1577 nm to'lqin uzunligida 65 mA chegara oqimida 1,8 mVt gacha chiqish quvvatiga ega.
Hozirgi vaqtda gibrid Kremniy lazer 40 ° C dan past haroratlarda ishlaydi, ammo kelajakda ish haroratini 70 ° C ga oshirish va chegara oqimini 20 mA ga kamaytirish rejalashtirilgan.