Investigadores de la Universidad de California han logrado un importante avance en la integración de láseres de puntos cuánticos sobre chiplets de silicio, una técnica que podría transformar el sector de la fotónica y abrir las puertas a aplicaciones prácticas a gran escala. Esta integración ofrece ventajas significativas frente a las fuentes láser externas, siendo la escalabilidad una de las más destacadas.
La integración monolítica de láseres de semiconductores III-V con chips fotónicos ha sido un reto debido a la incompatibilidad entre las estructuras y propiedades de los materiales III-V y el silicio. Los problemas de «pérdida de acoplamiento», es decir, la pérdida de potencia óptica al transferir luz del láser a las guías de onda de silicio, han complicado aún más esta tarea. Sin embargo, el equipo liderado por la Dra. Rosalyn Koscica ha demostrado que es posible lograr esta integración mediante el uso de láseres de puntos cuánticos de arsenuro de indio, que se han integrado de manera monolítica en chiplets de fotónica de silicio.
Avances en la técnica de integración
Para alcanzar esta integración, los investigadores combinaron tres conceptos clave: la estrategia de láser en bolsillo para la integración monolítica, un esquema de crecimiento de material en dos etapas que incluye la deposición química de vapor organometálico y la epitaxia por haces moleculares, y un enfoque de relleno de gaps con polímeros para minimizar la divergencia del haz óptico. Estos métodos han permitido desarrollar láseres de puntos cuánticos integrados de manera monolítica en chiplets de fotónica de silicio.
Las pruebas realizadas en estos chiplets han demostrado pérdidas de acoplamiento suficientemente bajas, permitiendo que los láseres operen eficientemente en una longitud de onda de banda O. Esta longitud de onda es especialmente deseable, ya que permite la transmisión de señales en dispositivos fotónicos con baja dispersión. La obtención de un láser en una única frecuencia se logra mediante resonadores anulares fabricados en silicio o reflectores Bragg distribuidos de nitruro de silicio.
La Dra. Koscica también destacó que estos láseres integrados han demostrado un rendimiento óptimo a temperaturas de hasta 105 °C y una vida útil de 6,2 años operando a 35 °C. La técnica de integración de láseres tiene un gran potencial de adopción debido a que los chips fotónicos pueden fabricarse en fundiciones semiconductoras estándar y porque esta técnica puede aplicarse a una variedad de diseños de circuitos integrados fotónicos sin necesidad de modificaciones extensas o complejas.
En resumen, este avance en la integración de láseres de puntos cuánticos con chiplets de silicio no solo promete un futuro más eficiente para las tecnologías fotónicas, sino que también abre la puerta a aplicaciones prácticas y escalables en diversas industrias. La investigación fue publicada en el Journal of Lightwave Technology, lo que subraya la relevancia y el impacto de este trabajo en el campo de la fotónica.
