Европейские физики приблизились к решению задачи интеграции оптоэлектронных устройств. Созданный ими лазер на основе германия и олова позволит использовать свет для передачи данных между ядрами многоядерных процессоров. Это поможет существенно снизить энергопотребление чипов и добиться большей производительности.
Масштабная интеграция оптоэлектронных устройств существенно ограничивается невозможностью создания кремниевого лазера. Проблема заключается в том, что используемый в микропроцессорах кремний является непрямозонным полупроводником. В полупроводниках с непрямым межзонным переходом электрон при перемещении из зоны проводимости в валентную зону теряет импульс, и для осуществления перехода требуется участие третьей частицы или квазичастицы, обычно фонона. Это существенно снижает вероятность излучательного перехода, из-за чего не развивается усиление, достаточное для возникновения генерации. Попытки создать эффективные лазеры на основе непрямозонных полупроводников до сих пор не увенчались успехом.
Компромиссом является использование в качестве основы для лазера других элементов 14‑й группы периодической системы. Германий, химически близкий к кремнию, относительно просто может быть интегрирован в микросхему. Однако германий тоже является непрямозонным полупроводником.
Преодолеть противоречия удалось учёным из институтов Германии, Швейцарии, Великобритании, Франции и Испании. Экспериментируя с германием, легированным оловом, они выяснили, что для этого материала характерно резкое усиление фотолюминесценции при понижении температуры. Это явно свидетельствует о прямозонном характере полупроводимости.
Созданный прототип работает при температуре не выше 90 К (−183 °C) и излучает свет с длиной волны 3 мкм (средний инфракрасный диапазон). Накачка лазера происходит не электричеством, а светом.
Германиево-оловянный слой был выращен на германиевой подложке, а её, в свою очередь, вырастили на кремниевой пластине. Тем самым была продемонстрирована возможность интеграции фотонной схемотехники и КМОП-технологии.
В качестве ближайшей цели авторы работы указывают создание лазера с электрической накачкой, который работал бы при комнатной температуре.
