La fabrication de lasers III-V directement sur silicium a-t-elle franchi un cap dans sa conquête de l’industrie ? Un article scientifique paru dans Nature le 1er décembre dernier le suggère.
En s’aidant d’un ligne-pilote en microélectronique, des chercheurs de l’université de Gand et de l’imec, le centre de recherche belge spécialisé en semi-conducteurs, ont en effet réussi à faire croître des diodes laser en arséniure de gallium (GaAs) sur un wafer en silicium de 300 mm.
Le fait qu’il s’agisse de la taille standard utilisée dans l’industrie est le « fait marquant », analyse Laurent Vivien, directeur de recherche CNRS au Centre de nanosciences et nanotechnologies. Ce spécialiste de la photonique sur silicium salue « un très beau papier », avec « de beaux résultats ».
Autre point remarquable, la croissance est monolithique : les diodes laser sont en contact direct avec le silicium monocristallin. Ce n’est pas trivial car les paramètres des mailles cristallines du silicium et des matériaux III-V ne s’accordent pas. D’où le risque d'apparition de dislocations qui compromettent la tenue et les performances des lasers.
Un procédé sans collage ni report
Dans le cas présent, les chercheurs ont eu recours à une astuce. « Les dislocations suivent un plan cristallin avant d’être absorbées par un mur de silice », explique Laurent Vivien.
D’après lui, la technique a été développée il y a dix ans par Dries Van Thourhout, un chercheur de l’université de Gand qui a participé à ces travaux.
D’ordinaire, les lasers III-V sont fabriqués sur une couche intermédiaire de matériaux III-V, collée au préalable sur le silicium, ou fabriqués sur un wafer à part puis reportés par collage sur le wafer en silicium. L’alternative proposée par les chercheurs belges aurait l’avantage d’être moins coûteuse.
Les lasers III-V sont couramment employés dans des applications de télécommunications. Cependant, la fréquence de 1020 nanomètres (nm) citée dans l’étude ne correspond pas au standard des télécoms, situé autour de 1550 nm.
Laurent Vivien émet l’hypothèse que cette longueur d’onde a un intérêt dans le domaine de l’optique quantique ou de la détection biologique. Le prochain défi sera, selon lui, d’intégrer ces lasers à d’autres structures rencontrées en photonique sur silicium, comme des guides d’onde ou des modulateurs.
