Naissance des nanodiodes électro-optiques
Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies, en collaboration avec STMicroelectronics et l’université Paris-Diderot ont conçu et fabriqué des nanodiodes lasers intégrées sur silicium, capables de transférer très efficacement une information électrique dans le domaine optique à l’intérieur d’une puce. Ces travaux ont été publiés dans Nature Photonics.
En exploitant les propriétés optiques exceptionnelles des cristaux photoniques et des procédés de nanotechnologies avancés, des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Université Paris-Sud), en collaboration avec ST Microelectronics et l’université Paris-Diderot, ont démontré la réalisation de diodes lasers, dont les caractéristiques en termes de compacité et d’efficacité énergétique permettent d’envisager la convergence de la microélectronique et de la photonique dans une même puce.
Les nouvelles technologies pour la convergence de la microélectronique et de la photonique représentent un défi majeur car elles seraient à l’origine d’une véritable révolution pour le traitement et la propagation des données dans les microprocesseurs. Parmi tous les composants optoélectroniques à développer dans ce contexte, il est essentiel de concevoir des diodes lasers très efficace énergétiquement, et de dimensions microniques ou sub-microniques intégrables avec de la photonique et de la microélectronique sur Silicium, afin de convertir une information codée électriquement vers le domaine optique.
Cette collaboration a permis de démontré qu’il était possible de réaliser de telles sources de lumière en exploitant les propriétés optiques des cristaux photoniques, des structures nanophotoniques semiconductrices formées de trous d’environ 100 nm de diamètre. Cette approche originale pour l’injection électrique et le couplage de ces nanostructures à base de Phosphure d’Indium, incorporant des puits quantiques avec un circuit photonique en Silicium, leur ont permis d’obtenir des lasers hybrides émettant aux longueurs d’onde des télécommunications. Ces lasers sont issus de cavités optiques confinant la lumière dans un volume de matériau semiconducteur (5 µm x 0.5 µm x 0.45 µm). Ils présentent une efficacité de conversion électro-optique supérieure à 10% : un record dans le domaine.
Nanolasers hybrides InP sur Silicium :
Photographie en microscopie électronique à balayage (a) et optique (b) des structures fabriquées et courbe caractéristique de l’émission laser (c)
Pour en savoir plus :
Lire le portrait ERC de Fabrice Raineri
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Références :
Hybrid indium phosphide-on-silicon nanolaser diode
G. Crosnier, D. Sanchez, S. Bouchoule, P. Monnier, G. Beaudoin, I. Sagnes, R. Raj and F. Raineri
Nature Photonics, 12 (2017)
doi:10.1038/nphoton.2017.56