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(noticias nanowerk) A medida que la cantidad de núcleos en un procesador continúa creciendo, también aumenta el desafío de conectarlos todos juntos. Las redes eléctricas tradicionales son inadecuadas debido a la latencia, el ancho de banda limitado y el alto consumo de energía. Los investigadores llevan mucho tiempo buscando una alternativa mejor y los sistemas nanofotónicos en chips han surgido como un reemplazo prometedor para las redes eléctricas tradicionales. Las redes ópticas en chip utilizan luz para transmitir datos y ofrecen importantes ventajas sobre las señales eléctricas.
La luz es más rápida que la electricidad y puede transportar mayores cantidades de datos mediante tecnologías de multiplexación. La clave para las redes ópticas en chips son las fuentes de luz miniaturizadas, como micro/nanoláseres o diodos emisores de luz (LED).
Sin embargo, la mayoría de los desarrollos en micro/nano LED se basan en sistemas de materiales de nitruro III en el rango de longitud de onda visible. Hay informes limitados sobre micro-LED infrarrojos de alta velocidad en longitudes de onda de telecomunicaciones, que son esenciales para el desarrollo futuro de la tecnología Li-Fi, los circuitos integrados fotónicos (PIC) y las aplicaciones biológicas.
Los nanocables de In(Ga)As(P)/InP cultivados epitaxialmente tienen un gran potencial para LED y láseres miniaturizados en el rango de longitud de onda de las telecomunicaciones, ya que su capacidad de sintonización de banda ancha permite la integración monolítica de fuentes de luz de múltiples longitudes de onda en un solo chip a través de un solo El crecimiento epitaxial podría permitirlo, lo que podría aumentar la capacidad de transmisión de datos a través de multiplexación por división de longitud de onda y tecnologías de múltiples entradas y múltiples salidas.
Los autores de este artículo (Ciencia optoelectrónica«Micro-LED de matriz de nanocables de pozo cuántico InGaAs/InP de longitud de onda múltiple de alta velocidad para comunicaciones ópticas de próxima generación») demuestran el crecimiento selectivo de la región y la fabricación de nanocables de pozo cuántico único de InGaAs/InP con núcleo de pin altamente uniformes – LED de matriz (QW). .
La Figura 1 (a, b) muestra el esquema de la estructura QW-LED en un solo nanocable y una imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) de una matriz de nanocables con morfología muy uniforme, respectivamente. La estructura detallada de QW en la dirección radial se revela aún más en la imagen del microscopio electrónico de transmisión de barrido de campo oscuro de ángulo alto en forma de anillo (HAADF-STEM) en la Figura 1 (c). Para estudiar la composición del material del QW, también se realizó el análisis de espectroscopía de rayos X de dispersión de energía en la Figura 1 (d), que muestra claramente que la región QW de InGaAs es rica en galio y arsénico en comparación con la región de barrera de InP.
Los LED de nanocables QW mostraron una fuerte electroluminiscencia (EL) dependiente del sesgo, que se muestra en la Figura 2 (c, d), que cubre longitudes de onda de telecomunicaciones (1,35–1,6 μm). A partir de los espectros que se muestran en la Figura 2 (d), se pueden identificar dos picos EL prominentes, incluido un pico de longitud de onda larga de ~1,5 μm que se origina en el QW radial y un pico de longitud de onda corta de ~1,35 μm debido a una emisión combinada. de QW axiales y radiales.
Debido a la presencia de dos picos EL, el FWHM del espectro EL podría alcanzar alrededor de 286 nm, lo que resulta prometedor para aplicaciones en tomografía de coherencia óptica y biodetección. Con el aumento del sesgo, la gran inyección de portadores llena las bandas de energía en ambas QW, lo que da como resultado espectros de emisión ampliados y un cambio máximo de longitud de onda.
La capacidad de sintonización de múltiples longitudes de onda de la matriz de nanocables QW se demostró aún más mediante el crecimiento monolítico de matrices de nanocables con diferentes tamaños de paso (es decir, la distancia de centro a centro entre nanocables adyacentes en una matriz) en el mismo sustrato.
La Figura 3 (a) muestra los espectros de fotoluminiscencia (PL) representativos recopilados de matrices de nanocables con diferentes tamaños de paso y muestra la emisión de PL de longitud de onda más larga de matrices de nanocables de paso más grande debido al mayor espesor de QW o la instalación de indio en el QW.
Luego se fabricaron los LED de matriz de nanocables con tamaños de paso de 0,8, 1,0 y 2,0 µm en el mismo sustrato, con los espectros de electroluminiscencia (EL) correspondientes a un voltaje de polarización de 1,5 V, como se muestra en la Figura 3(b). tendencia consistente como en los espectros PL.
La emisión EL de los LED de matriz de nanocables de paso más largo se observó en una longitud de onda más larga, con la longitud de onda máxima de los espectros EL dependientes del sesgo aumentando de ~1,57 µm (matriz con espaciado de 0,8 µm) a ~1,67 µm (matriz con espaciado de 2,0 µm) cubre el Banda C de telecomunicaciones.
La Figura 3 (c) resume la longitud de onda máxima EL dependiente del sesgo (de 1 a 4 V) para todas las magnitudes de tono con un desplazamiento hacia el azul superior a 100 nm obtenido para cada caso, lo que indica una amplia capacidad de sintonización de longitud de onda de emisión en todo el rango de longitud de onda de telecomunicaciones.
Los LED de nanocables QW basados en matrices también ofrecen un gran potencial para aumentar aún más la capacidad de comunicación mediante la integración de múltiples LED de múltiples longitudes de onda con un tamaño muy reducido en el mismo chip para lograr la multiplexación por división de longitud de onda.
Como prueba de concepto, se cultivaron varios conjuntos pequeños de micro-LED con tamaños de píxeles inferiores a 5 µm dispuestos con las letras «ANU» en las mismas condiciones utilizadas para el cultivo de conjuntos grandes (consulte la Figura 3 (e).
La Figura 3 (f) muestra múltiples imágenes de cámaras infrarrojas de múltiples matrices de micro-LED que emiten bajo diferentes voltajes de polarización. Esto subraya la posibilidad de integrar múltiples micro-LED de múltiples longitudes de onda en el mismo chip.
En resumen, los autores demostraron el crecimiento selectivo del área y la fabricación de microLED de matriz de nanocables QW de InGaAs/InP altamente uniformes utilizando QW axiales y radiales para electroluminiscencia en longitudes de onda de ~1,35 o 1,5 µm.
Los espectros de electroluminiscencia del LED de matriz de nanocables mostraron un fuerte cambio espectral dependiente del sesgo debido al efecto de relleno de banda, lo que indica una operación controlada por voltaje de múltiples longitudes de onda (1,35–1,6 µm) que cubre longitudes de onda de telecomunicaciones.
La amplia compatibilidad de los LED con matriz de nanocables con multiplexación por división de longitud de onda y tecnologías de múltiples entradas y salidas para comunicaciones de alta velocidad se ha ilustrado aún más con el crecimiento monolítico y la fabricación de LED con matriz de nanocables con diferentes pasos y tamaños de matriz muy reducidos (<5 µm de ancho). sobre el mismo sustrato y modulación a nivel de GHz. Este trabajo ofrece una vía prometedora para el desarrollo de fuentes de luz en chips a nanoescala para sistemas de comunicación óptica integrada de próxima generación.
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