전체 시스템을 재설계하지 않고도 양자 레이저를 탑재한 광칩이 마침내 제작된다
이 레이저는 실리콘에 직접 작용하며 6년 이상 높은 열에도 견딜 수 있습니다.
캘리포니아 대학교 연구진은 폴리머로 레이저 공백을 메우고-칩에 고정된 정밀 빔 제어 기능을 탑재했습니다.
새로운 제조 방법은 양자점(QD) 레이저를 실리콘 칩에 직접 통합함으로써 광자 회로를 더 저렴하고 더 실용적으로 만들 수 있습니다. 이 프로세스는 미래의 스마트 홈 장치, 피트니스 추적기, 심지어 노트북이 엔지니어링되는 방식에 영향을 미칠 수 있습니다.
캘리포니아 대학의 Rosalyn Koscica가 이끄는 연구팀은 세 가지 핵심 전략을 결합하여 이를 달성했습니다.
그들은 직접 통합을 위해 포켓 레이저 구성을 사용하고 금속 유기 화학 기상 증착 및 분자 빔 에피택시를 포함하는 2단계 성장 방법을 따랐으며 광학 빔 확산을 줄이기 위해 폴리머 갭-채움 기술을 도입했습니다.
세심한 엔지니어링으로 격차 해소
이 개발은 역사적으로 통합 광자 시스템의 성능과 확장성을 제한해왔던 재료 비호환성 및 결합 비효율성과 관련된 오랜 문제를 해결합니다.
결합된 노력으로 초기 인터페이스 간격이 최소화되고 레이저가 실리콘 포토닉 칩렛에서 안정적으로 작동할 수 있게 되었습니다.
연구자들은 "PIC(광자 집적 회로) 애플리케이션은 더 조밀한 구성요소 통합을 허용하기 위해 장치 설치 공간이 작은 온{0}}칩 광원을 요구합니다."라고 지적했습니다.
새로운 접근 방식은 O-대역 주파수에서 안정적인 단일{0}모드 레이징을 가능하게 하며, 이는 데이터 센터 및 클라우드 스토리지 시스템의 데이터 통신에 매우 적합합니다.-
레이저를 실리콘으로 만든 링 공진기와 직접 통합하거나 실리콘 질화물의 분산 브래그 반사기를 사용하여 팀은 정렬 및 광학 피드백과 관련된 문제도 해결했습니다.
연구에서 가장 놀라운 발견 중 하나는 레이저가 열에서 얼마나 잘 작동하는지입니다.
"우리의 통합 QD 레이저는 최대 105도의 고온 레이저 발진과 35도의 온도에서 작동하는 동안 6.2년의 수명을 입증했습니다"라고 Koscica 씨는 말합니다.
이러한 성능 지표는 이전에 모놀리식 통합 설계로는 달성하기 어려웠던 열 안정성 수준을 제시합니다.
이러한 열 탄력성은 온도 변동으로 인해 광자 구성 요소의 신뢰성이 제한될 수 있는 실제 환경에서 더욱 내구성이 뛰어난 애플리케이션을 사용할 수 있는 기회를 열어줍니다.
또한 과거 설계에 비용과 복잡성을 추가했던 능동 냉각의 필요성도 줄일 수 있습니다.
성능 외에도 통합 방법은 대규모 제조에 매우 적합한 것으로 보입니다.-
이 기술은 표준 반도체 파운드리에서 실행될 수 있고 기본 칩 아키텍처를 크게 변경할 필요가 없기 때문에 더 폭넓게 채택될 가능성이 있습니다.
연구자들은 이 방법이 "비용 효율적"이며 "광범위하거나 복잡한 수정 없이 다양한 광자 통합 칩 설계에 사용할 수 있다"고 주장합니다.
즉, 이 접근 방식은 대형 웨이퍼 전반의 일관성과 상용 광자 시스템과의 호환성과 관련하여 정밀 조사에 직면할 가능성이 높습니다.
또한 통제된 연구실 환경에서의 성공은 대량 제조 환경에서의 원활한 배포를 보장하지 않습니다.
그럼에도 불구하고 컴팩트한 레이저 설계, 기존 공정과의 호환성, O{0}}밴드 기능의 통합이 결합되어 이러한 개발이 주목할 만합니다.
데이터 센터에서 고급 센서에 이르기까지 이 실리콘{0}호환 레이저 통합을 통해 광자 회로를 대중-시장 생존 가능성에 더 가깝게 만들 수 있습니다.
