Naissance des nanodiodes électro-optiques

Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N), 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.

En exploitant les propriétés optiques exceptionnelles des cristaux photoniques et des procédés de nanotechnologies avancés développés au laboratoire, ils démontrent, dans l’article publié dans Nature Photonics lundi 17 avril, 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 de la recherche actuelle, 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 énergétiquement très efficaces et de dimensions microniques ou sub-microniques  intégrables avec de la photonique et de la microélectronique sur Silicium, pour convertir une information codée électriquement vers le domaine optique.

Dans l’article publié dans Nature Photonics, les chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, en collaboration avec STMicroelectronics et l’université Paris Diderot ont démontré qu’il était possible de réaliser de telles sources de lumière en exploitant les propriétés optiques des cristaux photoniques, structures nanophotoniques semiconductrices formées de trous d’environ 100nm de diamètre. Leur 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 telecom. Ces lasers issus de cavités optiques confinant la lumière dans un volume de matériau semiconducteur de 5µmx0.5µmx0.45µm, présentent une efficacité de conversion électro-optique supérieure à 10%, ce qui constitue un nouveau record dans le domaine.

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)