Ученые из Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт‑Петербурге подтвердили, что микролазеры на основе материалов InGaN/GaN сохраняют работоспособность при разных температурах. Это открытие поможет продвинуться в разработке фотонных схем для передачи данных в электронных устройствах. Результаты исследования опубликованы в журнале «Научно‑технические ведомости СПбГПУ. Физико‑математические науки».
Эффективность энергопотребления влияет на развитие современных технологий. Ученые все чаще обращаются к гибридным решениям — например, предлагают заменить электрические соединения внутри микросхем на оптические. Особенно перспективным выглядит применение микродисковых лазеров на основе нитридов III группы. К ним относятся соединения галлия и азота (GaN) и сплав с индием (InGaN). Такие лазеры отличаются высокой термической и химической стабильностью, способны генерировать излучение в ультрафиолетовом диапазоне и хорошо интегрируются с кремниевой фотоникой.
Стажер‑исследователь НИУ ВШЭ в Санкт‑Петербурге Дмитрий Масютин совместно с коллегами из Института физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси, НТЦ микроэлектроники РАН и Физико‑технического института им. А.Ф. Иоффе РАН изучил, как высокие температуры влияют на работу микролазеров.
Объектом исследования стали миниатюрные устройства — микролазеры на основе соединений индия, галлия и азота (InGaN/GaN), размещенные на кремниевой подложке. Диаметр такого микродиска всего 5 мкм. Ученые нагревали его до 100°C, чтобы имитировать условия работы в реальном электронном устройстве.
Лазер запускали с помощью внешнего источника света — этот метод называется оптической накачкой. Он заставляет материал излучать свет с определенной длиной волны.
Результаты продемонстрировали, что микролазер стабильно работает даже при сильном нагреве. Основные показатели почти не изменились — длина волны излучения сдвинулась всего на 2 нм (с 413 нм при 25°C до 415 нм при 100°C), пороговая мощность накачки оставалась в пределах 245−255 мкВт, что подтверждает надежность устройства.
Температурная стабильность — критически важный для полупроводниковых лазеров параметр. Нагревание может приводить к увеличению порога и сильному изменению длины волны лазерной генерации. Устойчивость этих параметров в диапазоне от 25 до 100 градусов позволит использовать лазеры в повседневной жизни без дополнительного охлаждения.
Исследование может приблизить массовое применение InGaN/GaN микролазеров в оптоэлектронных устройствах. В перспективе такие фотонные схемы позволят сократить затраты на производство и сделать более эффективными суперкомпьютеры, электрокары и медицинские приборы.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые разработали лазеры размером с пылинку.
