Micro-réseau de nanofils à puits quantiques multi-longueurs d'onde

28 août 2023

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relire

par Compuscript Ltd

À mesure que le nombre de cœurs d’un processeur continue d’augmenter, le défi de les connecter tous ensemble augmente également. Les réseaux électriques traditionnels échouent en raison de la latence, de la bande passante limitée et de la consommation électrique élevée. Les chercheurs recherchent depuis longtemps une meilleure alternative, et les systèmes nanophotoniques sur puce sont apparus comme un substitut prometteur aux réseaux électriques traditionnels.

Les réseaux optiques sur puce utilisent la lumière pour la transmission de données, offrant ainsi de grands avantages par rapport aux signaux électriques. La lumière, étant plus rapide que l’électricité, peut transporter de plus grandes quantités de données grâce aux technologies de multiplexage. La clé des réseaux optiques sur puce réside dans les sources de lumière miniaturisées telles que les lasers à micro/nano-échelle ou les diodes électroluminescentes (DEL). Cependant, la plupart des développements sur les micro/nano-LED sont basés sur des systèmes de matériaux à base de nitrure III aux longueurs d'onde visibles.

Il existe peu de rapports sur les micro-LED infrarouges à haute vitesse aux longueurs d'onde des télécommunications, indispensables au développement futur de la technologie Li-Fi, des circuits intégrés photoniques (PIC) et des applications biologiques.

Les nanofils In(Ga)As(P)/InP cultivés par épitaxie présentent un grand potentiel pour les LED et les lasers miniaturisés dans la plage de longueurs d'onde des télécommunications, car leur accordabilité à large bande interdite pourrait permettre l'intégration monolithique de sources lumineuses multi-longueurs d'onde sur une seule puce grâce à une seule croissance épitaxiale. , ce qui pourrait augmenter la capacité de transmission de données grâce au multiplexage par répartition en longueur d'onde et aux technologies à entrées multiples et à sorties multiples.

Les auteurs d'un nouvel article publié dans Opto-Electronic Science démontrent la croissance et la fabrication de zones sélectives de LED à réseau de nanofils InGaAs/InP à puits quantique unique (QW) hautement uniformes. Les figures 1 (a, b) montrent respectivement le schéma de la structure de la LED QW dans un seul nanofil et une image au microscope électronique à balayage (MEB) d'un réseau de nanofils présentant une morphologie très uniforme.

La structure QW détaillée dans la direction radiale est en outre révélée par l'image de microscopie électronique à transmission par balayage à champ sombre annulaire à grand angle (HAADF-STEM) sur la figure 1 (c). Pour sonder la composition matérielle du QW, l'analyse par spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie de la figure 1 (d) a également été réalisée, montrant clairement que la région InGaAs QW est riche en gallium et en arsenic par rapport à la région barrière InP.

Les LED à nanofils QW présentaient une forte électroluminescence (EL) dépendante de la polarisation, illustrée à la figure 2 (c, d), couvrant les longueurs d'onde des télécommunications (1,35 ~ 1,6 μm). Deux pics EL importants peuvent être identifiés à partir des spectres illustrés à la figure 2 (d), notamment un pic de longueur d'onde longue à environ 1, 5 μm provenant du QW radial et un pic de longueur d'onde courte à environ 1, 35 μm en raison d'une émission combinée axiale et radiale. QW. En raison de la présence de deux pics EL, la largeur totale à mi-hauteur du spectre EL pourrait atteindre environ 286 nm, ce qui est très prometteur pour les applications de tomographie par cohérence optique et de biodétection. Avec la polarisation accrue, une injection importante de porteurs remplit les bandes d'énergie dans les deux QW, conduisant à un spectre d'émission élargi et à un décalage de la longueur d'onde maximale.

L'accordabilité multi-longueurs d'onde du réseau de nanofils QW a en outre été démontrée par la croissance monolithique de réseaux de nanofils avec différentes tailles de pas (c'est-à-dire la distance centre à centre entre les nanofils voisins dans un réseau) sur le même substrat. La figure 3 (a) montre les spectres de photoluminescence (PL) représentatifs collectés à partir de réseaux de nanofils avec différentes tailles de pas, montrant une émission PL de longueur d'onde plus longue à partir de réseaux de nanofils à pas plus grand en raison de l'épaisseur accrue du QW ou de l'incorporation d'indium dans le QW.