В лабораториях "Спектроскопия твердого тела" и "Физика полупроводниковых гетероструктур и сверхрешеток" отдела физики полупроводников Института физики микроструктур (ИФМ РАН) впервые в России создан инжекционный гибридный лазер ближнего инфракрасного (ИК) диапазона для кремниевых оптических соединений с выходной мощностью до 0,75 Вт при температуре равной 300 К (менее 27оС) в импульсном режиме.
Интерес к кремниевой оптике во всем мире очень высок. В век глобальной компьютеризации и небывалого информационного потока, растет не только необходимость решения большого количества вычислительных задач, но и предъявляются требования к скорости вычислений. Мощность вычислительной техники в наши дни увеличивается с поразительной скоростью. Сегодня мощность суперкомпьютеров уже достигает десяти и более петафлопс, хотя буквально 3-5 лет назад речь шла о терафлопсах (1 петафлопс = 1015 операций в секунду, 1 терафлопс = 1012 операций в секунду). Сейчас уже идет речь о создании первого экзафлопсного (1018 операций в секунду) компьютера.
Однако узким местом суперкомпьютеров являются проводные линии связей между разными узлами системы, выделяющими большое количество тепла. Что бы обеспечить работу такой вычислительной машины приходиться затрачивать много энергии на охлаждение систем, что существенно влияет и на скорость, и на энергопотребление (мощный суперкомпьютер потребляет энергию небольшой электростанции). Поэтому идея передачи информации не по проводам, а с помощью света, источник которого находился бы непосредственно на пластине устройства, занимает ученых, работающих в области физики полупроводников уже много лет. Задача усложняется еще и тем, что основными природными элементами микроэлектронной промышленности являются кремний (Si) и германий (Ge), которые не способны эффективно генерировать свет. Одним из способов решения этой проблемы является рост так называемых гибридных структур, когда на кремниевой пластине выращиваются другие полупроводники, способные эффективно испускать свет.
В ИФМ РАН развитием кремниевой оптоэлектроники ближнего ИК диапазона ученые занимаются много лет. Накоплен большой исследовательский опыт, поставлено много экспериментов и, наконец, благодаря совместным усилиям технологов ИФМ РАН и НИФТИ ННГУ удалось вырастить качественную структуру на основе арсенида галлия (InGaAs/GaAs) на кремнии. На этой структуре был создан гибридный лазер.
Работа выполнялась в содружестве с учеными Научно-производственного предприятия «Салют», где были выполнены post-ростовые процессы лазера: оснащение контактами, волноводами, зеркалами. Полученный результат является важным шагом на пути создания микроэлектроники нового поколения.
Результат опубликован в журнале Американского Института Физики (Applied Physics Letters :V.Ya.Aleshkin, N.V.Baidus, A.A.Dubinov, A.G.Fefelov, Z.F.Krasilnik, K.E.Kudryavtsev, S.M.Nekorkin, A.V.Novikov, D.A.Pavlov, I.V.Samartsev, E.V.Skorokhodov, M.V.Shaleev, A.A.Sushkov, A.N.Yablonskiy, P.A.Yunin, and D.V.Yurasov Monolithically integrated InGaAs/GaAs/AlGaAs quantum well laser grown by MOCVD on exact Ge/Si(001) substrate. Appl.Phys.Lett. v.109, 061111 (2016))
Авторы: В.Я.Алешкин, А.А.Дубинов, З.Ф.Красильник, К.Е.Кудрявцев, А.В.Новиков, Е.В.Скороходов, М.В.Шалеев, А.Н.Яблонский, П.А.Юнин, Д.В.Юрасов (ИФМ РАН); Н.В. Байдусь, С.М. Некоркин, И.В. Самарцев (НИФТИ ННГУ); Д.А.Павлов, А.А.Сушков (ННГУ); А.Г.Фефелов (НПП «Салют»).
