Ampliación del espectro de la fotónica totalmente integrada a longitudes de onda submicrométricas

Nature volumen 610, páginas 54–60 (2022)Citar este artículo

17k Accesos

16 citas

38 Altmetric

Detalles de métricas

La fotónica integrada ha afectado profundamente a una amplia gama de tecnologías que sustentan la sociedad moderna1,2,3,4. La capacidad de fabricar un sistema óptico completo en un chip ofrece escalabilidad, peso, costo y eficiencia energética sin igual5,6. Durante la última década, la progresión de las plataformas de materiales puros III-V a la fotónica de silicio ha ampliado significativamente el alcance de la fotónica integrada, al combinar láseres integrados con las capacidades de fabricación avanzada de alto volumen de la industria electrónica comercial7,8. Sin embargo, a pesar de las notables ventajas de fabricación, la confianza en las guías de ondas basadas en silicio actualmente limita la ventana espectral disponible para los circuitos integrados fotónicos (PIC). Aquí, presentamos una nueva generación de fotónica integrada mediante la unión directa de materiales III-V con guías de ondas de nitruro de silicio en obleas de Si. Usando esta tecnología, presentamos un PIC completamente integrado con energías de fotones mayores que la banda prohibida del silicio, demostrando los componentes básicos fotónicos, incluidos láseres, amplificadores, fotodetectores, moduladores y pasivos, todos operando en longitudes de onda submicrométricas. Con esta plataforma, logramos una coherencia y capacidad de ajuste sin precedentes en un láser integrado de longitud de onda corta. Además, al hacer uso de esta energía fotónica más alta, demostramos un excelente rendimiento a alta temperatura y anchos de línea fundamentales de nivel de kHz a temperaturas elevadas. Dadas las muchas aplicaciones potenciales en longitudes de onda cortas, el éxito de esta estrategia de integración desbloquea una amplia gama de nuevas aplicaciones fotónicas integradas.

La fotónica integrada ha progresado rápidamente en las últimas dos décadas, y los pasos más cruciales en su avance han sido la aparición de nuevas plataformas de integración (Fig. 1a). La primera integración fotónica se basó exclusivamente en materiales III-V en sustratos nativos9, en los que los componentes fotónicos activos y pasivos se combinaron en un chip para formar sistemas ópticos. Este enfoque condujo a la primera generación de tecnologías fotónicas comercialmente viables. Desde entonces, la fotónica integrada se ha beneficiado de la expansión de la industria electrónica, lo que resultó en la adopción de un alto volumen de fotónica de silicio (SiPh). Mientras que la fabricación III-V no ha crecido a la par con el silicio, es posible fabricar circuitos fotónicos integrados (PIC) en obleas de silicio sobre aislante (SOI) a gran escala mediante la unión heterogénea de epitaxia III-V en una variedad de formas diferentes10. Al aprovechar las infraestructuras de fundición de semiconductores de óxido de metal complementarias maduras, la plataforma fotónica integrada SOI reduce significativamente el costo de los chips fotónicos a escala.

a, La evolución de las plataformas fotónicas completamente integradas: la plataforma pura III-V se basa en múltiples crecimientos epitaxiales para combinar estructuras activas y pasivas; el III-V heterogéneo en SOI requiere dos procedimientos de unión, el método de 'corte inteligente' para producir una película de Si integrada y la unión III-V para transferir las capas de epitaxia III-V del sustrato nativo a SOI; la plataforma heterogénea III-V en SiN solo necesita la deposición directa de SiN para integrar la película de SiN, y solo un proceso de unión de obleas para agregar la capa III-V. b, La cobertura espectral de los PIC completamente integrados: las cajas representan la ventana de transparencia de las plataformas pasivas sobre la base de diferentes materiales (InP52, GaAs53, Si54,55, SiN22,24,56) que se pueden usar para los PIC completamente integrados, los puntos representan la pérdida de vanguardia actual en estas guías de ondas pasivas y los tamaños de marcador de obleas representan la escala máxima actual de obleas en las fundiciones. Los iconos de la parte superior representan aplicaciones de PIC totalmente integrados en el mapa de espectro. Los iconos morados indican aplicaciones accesibles tanto para los PIC totalmente integrados existentes como para la plataforma III–V/SiN de este artículo; los iconos azules corresponden a aplicaciones posibles gracias a la plataforma heterogénea III–V/SiN.

Otro factor clave que impulsa la evolución de la fotónica integrada es la baja pérdida de propagación. Como las guías de ondas SOI exhiben pérdidas de propagación de un orden de magnitud menor que las guías de ondas III–V6, los PIC SiPh pueden acomodar más componentes individuales y, por lo tanto, admitir sistemas fotónicos más complejos. Además, una menor pérdida aumenta el rendimiento de las estructuras pasivas y las fuentes de luz coherentes. Estas ventajas han impulsado un crecimiento explosivo en SiPh, abriendo una plétora de nuevas aplicaciones, desde centros de datos6, redes neuronales11, Lidar12 y fotónica cuántica13.

Sin embargo, con esta ampliación del alcance de la aplicación, las limitaciones de la plataforma SOI están comenzando a surgir. Uno proviene de la longitud de onda de banda prohibida del silicio, de alrededor de 1,1 μm (Fig. 1b). Por debajo de esta longitud de onda, las guías de ondas SOI se vuelven altamente absorbentes. Por lo tanto, el ultravioleta (UV), el visible y una parte sustancial del infrarrojo cercano (near-IR) son actualmente inaccesibles para la fotónica integrada de última generación. Esta restricción prohíbe las soluciones en chip en campos importantes, como la física atómica, la realidad aumentada/realidad virtual, la biodetección y las comunicaciones cuánticas14,15,16,17,18,19,20, como se muestra en la figura 1b.

Una vía prometedora para abordar este problema es implementar estructuras pasivas que utilicen nitruro de silicio (SiN)21, cuyas guías de ondas muestren pérdidas extremadamente bajas de menos de 0,1 dB m−1 en longitudes de onda de telecomunicaciones22,23 y mantengan la dispersión limitada por debajo de 460 nm ( ref. 24), haciéndolos atractivos para microcavidades de Q ultra alto, láseres de ancho de línea estrecho y dispositivos no lineales, como fuentes de micropeine y convertidores de frecuencia en chip. Además, debido a que las obleas de SiN se producen por deposición directa sobre un sustrato de Si, no requieren ningún proceso costoso de corte inteligente, lo que sugiere una oportunidad para reducir aún más el costo de los PIC fabricados en fundición.

Sin embargo, hasta hace poco tiempo, la integración de los componentes activos en los PIC de SiN se vio obstaculizada por el gran desajuste del índice entre los materiales de SiN (aproximadamente 2) y los materiales III-V (>3). Las estructuras SiN y III-V se han integrado en el mismo sustrato para formar láseres y micropeines altamente coherentes en longitudes de onda de telecomunicaciones, pero solo con una capa intermedia de Si para transiciones pasivas-activas, que aún prohíbe la operación de longitud de onda corta25,26.

Este trabajo presenta una nueva generación de fotónica integrada con elementos activos y pasivos unidos en una plataforma III-V/SiN heterogéneamente integrada. Este esquema de integración ofrece una plataforma fotónica submicrométrica totalmente integrada con componentes básicos versátiles, incluidos láseres, amplificadores ópticos semiconductores (SOA), moduladores, fotodetectores y varios elementos pasivos. La combinación de una sección de ganancia III-V con cavidades externas de SiN produce un láser ampliamente sintonizable, de ancho de línea estrecho y heterogéneamente integrado que opera más allá de la energía de banda prohibida del Si, un dispositivo con tremendas implicaciones para la física atómica, la detección y la metrología precisa. Además, la plataforma de longitud de onda corta muestra un rendimiento superior a altas temperaturas entre las fuentes de luz coherentes, que se pueden utilizar para mejorar la eficiencia energética en centros de datos y otros entornos calurosos. Estos resultados presagian la producción en masa de PIC que cubren un espectro mucho más amplio y abren las puertas a muchas aplicaciones nuevas.

Los dispositivos fotónicos heterogéneos III-V/SiN consisten en estructuras de capas epitaxiales basadas en III-V unidas sobre guías de onda de SiN. En la Fig. 2a se ilustra un flujo de proceso de fabricación simplificado para los dispositivos fotónicos heterogéneos III-V/SiN, con una descripción detallada proporcionada en los Métodos. La Figura 2b muestra una fotografía de una oblea completa con cientos de láseres fabricados en un sustrato de silicio de 4 pulgadas. Las imágenes del microscopio electrónico de barrido (Fig. 2c (I-IV)) muestran una sola guía de onda SiN, un acoplador, una guía de onda III-V con acoplador III-V/SiN en un lado y una matriz de láseres que se conectan con una matriz de fotodiodos a través de guías de onda de SiN, respectivamente.

a, Flujo de proceso simplificado a escala de obleas. Pasos mostrados: (1) depósito de SiN sobre un sustrato de Si oxidado térmicamente; (2) patrón de guía de ondas de SiN; (3) unión de múltiples estructuras epitaxiales III-V; (4) eliminación del sustrato de la epitaxia III-V; (5) Procesamiento III–V, incluidos múltiples grabados secos/húmedos para formar las uniones p–n para dispositivos activos; (6) deposición del revestimiento dieléctrico, mediante grabados y metalización que completan la fabricación del dispositivo. b, Una fotografía de una oblea de 4 pulgadas completamente procesada que contiene miles de dispositivos. c, Imágenes de microscopio electrónico de barrido de (I) una guía de ondas de SiN, (II) un acoplador de guía de ondas, (III) una guía de ondas III-V y contactos eléctricos para componentes activos y (IV) una serie de láseres y fotodiodos conectados por guías de ondas de SiN. d, Esquema previsto de un sistema de reloj atómico completamente integrado fabricado en un solo chip. e, Funcionalidades activas y pasivas soportadas en la plataforma, con desempeño característico. De izquierda a derecha: láser FP, un láser Fabry-Perot con espejos de banda ancha integrados que tiene un umbral de corriente inferior a 12 mA y una potencia de salida de más de 25 mW a una guía de ondas de SiN; SOA, un amplificador óptico semiconductor con una ganancia máxima de 22 dB a 980 nm con una corriente de polarización de 100 mA (el ancho de banda de 3 dB de la ganancia a 100 mA abarca más de 20 nm); guía de onda pasiva, guías de onda de SiN con pérdida de propagación sub-dB cm−1 en el rango de longitud de onda de 900–980 nm (el sombreado verde indica el error estándar del ajuste lineal de pérdida de reducción después de promediar la pérdida del dispositivo sobre estructuras de prueba idénticas de una sola oblea); modulador, un interferómetro Mach-Zehnder con moduladores de fase que muestran Vπ = 2,4 V y una relación de extinción (ER) superior a 20 dB; PD, un fotodiodo con una capacidad de respuesta superior a 0,6 A W−1 a 980 nm y corriente oscura de nivel nA.

Una característica esencial de la plataforma es el acoplamiento de luz eficiente entre las guías de onda III-V y SiN. El gran índice de refracción del material III-V en comparación con el SiN conduce a un modo óptico muy localizado en la capa III-V para una guía de ondas heterogénea III-V/SiN. Esta es una distinción fundamental de una guía de onda heterogénea III-V/Si típica, en la que los índices de refracción similares de Si y III-V hacen posible que el modo óptico hibride en ambos materiales27. Como resultado, el esquema de acoplamiento adiabático habitual basado en campos evanescentes, aunque se adapta bien a la fotónica III-V/Si, no sirve bien para III-V/SiN. El acoplamiento a tope, un método no adiabático ampliamente utilizado en óptica convencional, es ventajoso en este caso. Sin embargo, el acoplamiento a tope eficiente requiere una superposición espacial máxima entre las guías de ondas que se acoplan, lo que no se puede obtener en una plataforma de integración heterogénea a escala de obleas porque las capas unidas no se pueden alinear verticalmente. La siguiente estructura del acoplador III-V/SiN aborda este desafío mediante la combinación de los dos esquemas de acoplamiento mencionados anteriormente: una guía de ondas intermedia está modelada en el revestimiento dieléctrico entre las guías de ondas III-V y SiN; en el extremo III-V, la geometría de la guía de onda intermedia está optimizada para el acoplamiento a tope; y en el extremo de SiN, está optimizado para el acoplamiento evanescente adiabático a la guía de ondas de SiN. Se demostró una eficiencia de acoplamiento de hasta el 70 % en la primera generación, y se puede lograr una eficiencia del 90 % con un diseño óptimo28. Los detalles adicionales se describen en la Información complementaria.

La Figura 2d, que muestra un PIC integrado propuesto para un sistema de reloj atómico integrado, ilustra el potencial de un ecosistema PIC de longitud de onda corta totalmente integrado con acoplamiento directo III-V/SiN. Los componentes esenciales se han implementado y caracterizado alrededor de 980 nm, como se muestra en la Fig. 2e. Los láseres Fabry-Perot (FP), formados con casi el 100 % de espejos en bucle en la parte posterior y el 10 % de espejos en la parte frontal, proporcionan una fuente de luz. Un láser FP de 800 μm de largo exhibe una corriente de umbral bajo de 12 mA, mientras que la potencia de salida y la eficiencia de pendiente superan los 25 mW y 0,38 W A−1, respectivamente. Las SOA integradas se fabrican con una ganancia óptica de más de 22 dB y un ancho de banda de 20 nm y 3 dB. Para la detección, los fotodiodos (PD) III-V muestran una corriente oscura de nivel nA y una capacidad de respuesta de más de 0,6 A W−1 y una eficiencia cuántica del 80 % a 980 nm. También demostramos un desfasador de 2 mm de largo que utiliza el mismo material epitaxial de GaAs con una Vπ de solo 2,4 V y moduladores Mach-Zehnder con una relación de extinción de más de 22 dB, medida a una longitud de onda de 1060 nm. Como complemento de los elementos activos III–V, se encuentran las guías de ondas pasivas de SiN, con una pérdida inferior a 0,5 dB cm−1 medida cerca de 980 nm, lo que corresponde a un factor de calidad (Q) superior a 1,5 × 106.

También vale la pena señalar que las guías de onda de SiN de pérdida ultrabaja desarrolladas recientemente24,29 pueden reducir aún más la pérdida de la guía de onda en dos órdenes de magnitud. Esta delgada plataforma de SiN tendrá un mayor desajuste de índice efectivo entre las guías de ondas pasivas y activas, pero aún se puede lograr un acoplamiento eficiente con la misma estrategia de acoplamiento.

Una aplicación clave de la fotónica heterogénea es el láser coherente. En la banda de telecomunicaciones, por ejemplo, las guías de ondas de silicio de baja pérdida se combinaron con material de ganancia óptica basado en InP para producir láseres integrados de ancho de línea estrecho30. Al unir pasivos SiN de alta calidad con ganancia III-V de longitud de onda corta, nuestra plataforma ofrece una capacidad similar más allá del límite de banda prohibida de silicio.

Se presenta como prueba de concepto un láser integrado que opera a 980 nm, que consta de una región de ganancia de GaAs y una cavidad externa de SiN. La Figura 3a,b muestra el principio de los anillos Vernier y el diseño esquemático del láser, cuyos detalles se proporcionan en los Métodos. La potencia de salida del láser es superior a 10 mW cerca del pico de ganancia, como se muestra en la curva LI (luz-corriente) en la Fig. 3c, donde se mide la potencia mientras la longitud de onda se mantiene alrededor de 976,5 nm. Para una corriente de ganancia fija de 75 mA, la potencia de salida se mide en más de 6 mW en todo el rango de longitud de onda.

a, La respuesta de longitud de onda de los resonadores de anillo individuales y el espectro de Vernier medido resultante con dos anillos de diferente rango espectral libre. b, Esquema de un láser sintonizable de doble anillo con un espejo trasero formado por dos resonadores de anillo en un espejo de bucle del 100 %, un espejo de bucle frontal de reflectividad del 50 % y una sección SOA basada en GaAs en el medio. Los microcalentadores térmicos se fabrican en los anillos y en una parte de la cavidad del láser para alinear los anillos, seleccionar la longitud de onda y ajustar la acumulación de fase de ida y vuelta. La fotografía muestra un chip láser sintonizable con un factor de forma de menos de 3 × 0,3 mm2. c, característica LI del láser a una longitud de onda fija, que muestra un umbral de corriente de 30,3 mA y una potencia de salida de más de 10 mW. Recuadro: espectro láser monomodo. d, Ancho de línea mejorado con cavidad externa SiN de baja pérdida. e, Espectro de ruido de frecuencia, ruido termorrefractivo simulado y un piso de ruido blanco de 450 Hz2/Hz, correspondiente a un ancho de línea lorentziano de 2,8 kHz (2π veces el piso de ruido blanco). Recuadro: ancho de línea lorentziano a 25 °C en todo el rango de ajuste del láser. f, Ruido de intensidad relativa (RIN), menos de −155 dB Hz−1 fuera de la resonancia de oscilación de relajación. g, El amplio rango de sintonización permite el acceso a muchas resonancias atómicas. h, sintonización de longitud de onda Vernier de más de 20 nm de longitud de onda con SMSR altos en todo el rango. i, un logotipo de 'UCSB' creado al aumentar la longitud de onda del láser a lo largo del tiempo. El color de cada punto indica el SMSR medido en ese paso de tiempo. j, Mecanismo de bloqueo de una resonancia con un solo parámetro de sintonización continuo, crucial para el bloqueo de las transiciones atómicas. k, sintonización continua, sin saltos de modo, de la frecuencia del láser III–V/SiN obtenida en más de 8 GHz mediante el barrido de la sección de sintonización de fase solamente. l, un logotipo de 'Nexus' creado al sintonizar la frecuencia del láser sin salto de modo, que muestra una gran estabilidad y un control preciso en el tiempo.

Un láser compacto, con una huella de menos de 1 mm2, como se muestra en la Fig. 3b, es valioso para una amplia gama de aplicaciones en longitudes de onda cortas31. Un ejemplo importante está en la física atómica. El láser heterogéneo III-V/SiN descrito aquí ofrece un rendimiento comparable al de un voluminoso láser de diodo de cavidad externa32,33, pero con el factor de forma de un dispositivo totalmente integrado. La Figura 3e muestra la densidad espectral de potencia bilateral del ruido del láser a una longitud de onda de 980 nm, medida con una configuración autoheterodina retardada y una técnica de correlación cruzada (Métodos). El espectro está dominado por el ruido 1/f en el rango de frecuencia de compensación baja (f), como se observa comúnmente en los láseres semiconductores. Entre 100 kHz y 30 MHz, el ruido del láser está dominado principalmente por el ruido termorrefractivo (Métodos). A una frecuencia de compensación de alrededor de 30 MHz, se alcanza un ruido de fondo de 450 Hz2/Hz, que corresponde a un ancho de línea lorentziano de 2,8 kHz, con un ancho de línea de nivel de 10 kHz en todo el rango de sintonización (Fig. 3e). A diferencia de los láseres III-V puros integrados anteriores, cuyos anchos de línea fundamentales (normalmente por encima de 100 kHz (ref. 6)) son más amplios que muchas líneas de transición atómica34,35, el láser heterogéneo III-V/SiN que se presenta aquí obtiene una reducción significativa del ruido gracias a su bajo -pérdida de espejo basado en un resonador de anillo de SiN, que abre el acceso a esas transiciones atómicas de línea estrecha. El láser heterogéneo III–V/SiN también muestra un buen rendimiento de ruido de amplitud, con un ruido de intensidad relativa inferior a −155 dB Hz−1 (ruido mínimo de la herramienta de medición) fuera de la resonancia de oscilación de relajación cerca de la frecuencia de compensación de 2 GHz, como se muestra en Figura 3f.

Otra característica clave del diseño del láser Vernier es su amplia capacidad de ajuste. Con solo una capacidad de sintonización estrecha, la producción de longitudes de onda específicas (por ejemplo, dirigidas a transiciones atómicas) exige tolerancias de fabricación estrictas. Usando microcalentadores colocados encima de los resonadores de anillo, se puede hacer uso del efecto termo-óptico para sintonizar cada peine de anillo, cambiando la ubicación de Vernier a las longitudes de onda deseadas. Este simple principio de peine Vernier proporciona un mecanismo para obtener un filtro óptico reconfigurable en el chip, que es clave para un láser ampliamente sintonizable. La Figura 3h muestra los espectros de láser medidos al aumentar la longitud de onda en incrementos de 1 nm, caracterizados a 25 °C. El rango de sintonización es de aproximadamente 20 nm (equivalente a aproximadamente 6 THz), limitado principalmente por el ancho de banda de ganancia de los 980 pozos cuánticos. La relación de supresión del modo lateral (SMSR) del láser es superior a 35 dB en todo el rango de sintonización y se aproxima a los 50 dB cuando la longitud de onda del láser se encuentra cerca del pico de ganancia, como se muestra en la figura insertada. La longitud de onda del láser se puede escalonar repetidamente en un amplio rango sin sacrificar el SMSR, como se muestra en la Fig. 3i, en la que el eje y muestra la longitud de onda del láser en función del tiempo y el color del punto indica el SMSR del modo de láser.

Además del ajuste amplio, cuando se fija un láser a una cavidad de alto Q o transiciones atómicas, a menudo se requiere un ajuste fino continuo en un rango más pequeño. Como se muestra en la Fig. 3k, simplemente barriendo el sintonizador de fase, nuestro láser admite un rango de sintonización sin saltos de modo de 8 GHz. Tenga en cuenta que se puede lograr un rango de sintonización sin saltos de modo mucho más grande sintonizando simultáneamente los anillos y la sección de fase36. Como se muestra en la Fig. 3l, la frecuencia también se puede controlar de forma repetitiva y precisa en varios GHz.

Un desafío importante para la fotónica integrada es el requisito de refrigeración activa. Como el rendimiento de los láseres de diodo se degrada a temperaturas elevadas, es necesario enfriar los PIC para mantener el rendimiento. La degradación térmica de los láseres se debe a la reducción de la ganancia debida a la mayor dispersión de la distribución de Fermi de los portadores a mayor temperatura37 y a la pérdida de portadores radiativos a través de diversos mecanismos, en particular, la fuga del portador sobre las heterobarreras38, la recombinación Auger38,39 y la banda de intervalo. absorción40,41 (Fig. 4a), todos los cuales aumentan exponencialmente con la temperatura. De estos tres mecanismos de pérdida de portadora, la recombinación Auger y la recombinación de banda de intervalo disminuyen exponencialmente con la banda prohibida del material38,41. Por lo tanto, los láseres de longitud de onda más corta son inherentemente más resistentes a estos procesos de pérdida no radiativa. Además, los sistemas de materiales cultivados en sustratos de GaAs utilizados para láseres de longitud de onda del IR cercano al visible tienen una compensación de banda de conducción favorablemente más grande que la del sistema InP de longitudes de onda más largas y, por lo tanto, barreras de pozo cuántico más altas y mejor confinamiento de portadores a niveles elevados. temperatura38. Juntos, los efectos anteriores le dan a la plataforma GaAs de longitud de onda corta un rendimiento superior a altas temperaturas (Fig. 4b), lo que podría reducir significativamente el consumo de energía al operar solo con enfriamiento pasivo.

a, diagrama de banda simplificado del láser e ilustración de los principales procesos de fuga y recombinación de portadores, incluidos (I) recombinación radiativa, (II) recombinación Auger, (III) absorción de banda de intervalo y (IV) fuga de portadores sobre las heterobarreras. b, La dependencia de la temperatura de los procesos de recombinación de portadores para láseres de longitud de onda larga y láseres de longitud de onda corta completamente integrados en este trabajo. La recombinación no radiativa aumenta exponencialmente con la temperatura, pero el efecto se reduce en una plataforma de GaAs de longitud de onda corta debido al aumento de la banda prohibida de energía y la profundidad del pozo cuántico. La temperatura de trabajo permitida está representada por la longitud de la barra sólida, y es necesario un proceso de enfriamiento si la temperatura de funcionamiento libre del dispositivo supera el rango de temperatura de trabajo. c, características LI de láseres FP heterogéneos de SiN de 25 °C a 185 °C. d, Corriente umbral del láser frente a temperatura, extraída de las curvas LI. Temperatura característica T0 = 148 K dentro de 20 °C–90 °C; T0 = 110 K en el rango de 90 °C a 150 °C, la temperatura de láser más alta reportada en un láser integrado heterogéneamente comercial1, y T0 = 61 K por encima de 150 °C. Recuadro: temperaturas características, T0, en los dos primeros rangos (20 °C–90 °C y 90 °C–150 °C) de láseres FP con varias longitudes de cavidad. e, longitud de onda del láser FP en función de la temperatura, que ilustra el desplazamiento hacia el rojo de ganancia lineal de 0,33 nm K−1. f, espectros de láser FP a temperaturas seleccionadas. g, Espectros de ruido de frecuencia seleccionados del láser sintonizable monomodo medidos a temperaturas elevadas, que muestran un ancho de línea lorentziano de menos de 10 kHz incluso a 145 °C. Recuadro: ancho de línea fundamental versus temperatura de 35 °C a 145 °C.

Para estudiar el rendimiento térmico, nuestros láseres heterogéneos III-V/SiN FP se caracterizaron mediante mediciones de LI a temperaturas de etapa de 25 °C a 185 °C, como se muestra en la Fig. 4c. El láser de onda continua se alcanzó hasta 185 °C, que es la temperatura de funcionamiento más alta entre todos los láseres integrados en un chip de silicio hasta el momento, y significativamente más alta que el récord anterior (150 °C)1. Las corrientes de umbral de hasta 90 °C están bien descritas por un modelo exponencial con un T0 característico de 148 K (Fig. 4d), que está a la par con el mejor rendimiento térmico entre los láseres de diodo en sustrato nativo42. Además, las mediciones espectrales indican un desplazamiento hacia el rojo de la ventana de longitud de onda del láser a una velocidad de 0,33 nm K−1, con una longitud de onda máxima del láser de 1044,5 nm a 185 °C, que es más de 50 nm más roja que a temperatura ambiente, como se muestra en la Fig. 4e,f.

Más allá del simple láser, la plataforma heterogénea III-V/SiN también demuestra láseres integrados de ancho de línea estrecho a temperatura elevada, lo que muestra una gran promesa para aplicaciones, incluidas comunicaciones coherentes en centros de datos, detección remota o metrología en entornos hostiles. Se caracterizaron láseres sintonizables basados en resonador de anillo (similares a los de la sección anterior). Las mediciones de ruido de fase se llevaron a cabo a temperaturas desde 35 °C hasta 145 °C (Métodos). El mejor ancho de línea fundamental general medido fue inferior a 7 kHz, y se midió un ancho de línea inferior a 10 kHz a 145 °C. Solo se observó una degradación mínima del ancho de línea (Fig. 4e). Tenga en cuenta que la integración de III-V y SiN en el mismo sustrato garantiza un acoplamiento sólido entre la ganancia y la cavidad externa en un amplio rango de temperatura, mientras que otros métodos de reducción del ancho de línea, como la integración híbrida con acoplamiento a tope de chip a chip23, 29,43, enfrentan desafíos de desalineación posicional debido al desajuste de expansión térmica entre diferentes elementos.

Usando la estrategia de integración demostrada en este trabajo, el rango de longitud de onda de la fotónica de silicio se puede extender a longitudes de onda verdes con material basado en GaAs (GaP, InGaP, AlGaAs) y a rangos azul, violeta y UV incorporando material basado en GaN. . Con la guía de onda SiN de pérdida ultrabaja caracterizada recientemente en longitudes de onda azul y violeta24, será posible producir PIC escalables en todo el rango de longitud de onda visible. Mediante el uso de cavidades SiN de alto Q, también se pueden realizar sistemas no lineales totalmente integrados en esta plataforma, como micropeines44,45,46, láseres Brillouin estimulados47 y sistemas de conversión de frecuencia fuerte48. La misma estrategia de integración es adecuada para diferentes espesores de guía de ondas de SiN, incluidos los más delgados (<100 nm) para Q ultra alto o SiN grueso (>700 nm) para la generación de micropeines en el régimen de dispersión anómalo. Otros materiales, como LiNbO3, AlN, SiC, AlGaAs y vidrio de calcogenuro, también se pueden usar de forma intermitente como medios para guías de ondas pasivas, lo que enriquece aún más la caja de herramientas de la fotónica integrada y amplía el espectro de PIC hacia longitudes de onda más largas (>10 μm) no soportado por los PIC actuales.

Los PIC de longitud de onda corta tienen el potencial de reescribir el mapa de las aplicaciones fotónicas. En física atómica, los PIC de longitud de onda corta admitirán relojes atómicos en chip y computación cuántica con qubits de iones atrapados14. Con una plataforma que abarca el amplio rango de longitudes de onda desde el visible hasta las telecomunicaciones, se pueden diseñar enlaces coherentes para admitir sistemas de autorreferencia que abarcan octavas para metrología de frecuencia de tiempo49 y entrelazamiento de telecomunicaciones visibles en la comunicación cuántica50. En el mercado de consumo, la mejora del rendimiento a altas temperaturas relajará los requisitos de refrigeración de los dispositivos fotónicos, proporcionando una solución energéticamente eficiente para los centros de datos y la computación fotónica. Al combinar fuentes de luz altamente coherentes en rangos visibles con matrices de fase óptica de baja pérdida51, la plataforma de fotónica heterogénea III-V/SiN puede potencialmente eliminar los sistemas de imágenes de lentes voluminosos de los equipos de realidad aumentada/realidad virtual, haciéndolos más livianos y más eficientes energéticamente.

Finalmente, debido a que la fabricación de esta plataforma es compatible con las fundiciones fotónicas existentes que producen fotónica heterogénea III-V/Si, esperamos que esta tecnología se adopte pronto para la producción de alto volumen a mayor escala. Dado que el costo del material de SiN sobre aislador es más bajo que el de SOI, este desarrollo hará que III–V/SiN sea económicamente preferible al ahora ubicuo III–V/Si, lo que reducirá los costos en toda la industria y realmente revolucionará la fotónica integrada.

Se oxidó térmicamente un sustrato de silicio para formar una capa base de SiO2 adecuada para el revestimiento de guías de ondas. A continuación, se depositó una película de SiN de 350 nm de espesor mediante deposición de vapor químico a baja presión, que luego se modeló con un sistema paso a paso fotolitográfico y se grabó en seco para formar estructuras de guía de ondas pasivas. La epitaxia III-V se adhirió directamente a las obleas de nitruro en un proceso de unión molecular optimizado. Como el III-V no está modelado de antemano, no se necesitó una alineación precisa para la unión, lo que permitió la producción de gran volumen a escala de oblea, que es una ventaja clave de la integración heterogénea sobre otras estrategias de integración, como el empaquetado de chip a chip. o transferencia de impresión. En este trabajo, la epitaxia III-V era una estructura en capas basada en GaAs/AlGaAs con pozos cuánticos de InGaAs/GaAsP. Aunque los materiales de GaAs/AlGaAs con puntos cuánticos se han integrado heterogéneamente en guías de ondas SOI previamente57, los pozos cuánticos de GaAs/AlGaAs se integran heterogéneamente aquí por primera vez. La estructura de capas detallada se puede encontrar en la Información complementaria. Para mejorar la fuerza de unión entre GaAs/AlGaAs y SiN, depositamos una capa de Al2O3 de 7 nm en la superficie epi como capa de adhesión antes de la unión. Además, para manejar la gran diferencia del coeficiente de expansión térmica entre GaAs y Si, el recocido posterior a la unión se realizó a baja temperatura (150 °C) pero con una duración prolongada (hasta 12 h) para mejorar la fuerza de unión. Luego, los sustratos III-V se eliminaron mediante pulido mecánico y un grabado húmedo selectivo antes de continuar con el proceso III-V para formar los componentes activos. Se depositó una manta dieléctrica para formar el revestimiento superior de las guías de onda SiN y III-V, así como el aislante entre las secciones de metal. Finalmente, se abrieron vías y se depositaron almohadillas de metal para formar contactos eléctricos con los dispositivos. Puede encontrar una descripción más detallada del proceso de fabricación en la Información complementaria.

La figura 3b muestra el diseño esquemático del láser, cuyo espejo posterior consta de dos resonadores anulares en cascada dentro de un bucle en una configuración de adición y caída. Cada resonador de anillo forma un peine en el dominio de la longitud de onda, con líneas de peine adyacentes separadas por un rango espectral libre. Como se muestra en la Fig. 3a, al elegir radios para los anillos de modo que los rangos espectrales libres de los dos peines sean ligeramente diferentes, el espectro reflectante de espejos de doble anillo, que es el producto de estos dos peines, es un peine Vernier que tiene sólo una única línea de peine dominante en la que se alinean las dos líneas de peine individuales. Además del espejo de anillo sintonizable Vernier, el láser también cuenta con un elemento de ajuste de fase y un fotodiodo de monitor en el chip.

Las mediciones de ruido de fase autoheterodino retardado se realizaron utilizando una línea de retardo de 1 km y un modulador acústico-óptico Brimrose (TEM-110-10-55-980-2FP) en los brazos opuestos de un interferómetro Mach-Zehnder. Las dos señales de salida se enviaron a fotorreceptores de bajo ruido Newport (modelo 1801) y se registraron con un osciloscopio de señal mixta Tektronix 5 Series para el análisis de correlación cruzada como en la ref. 58. Durante la medición, todas las entradas de láser y el enfriador termoeléctrico de la etapa de medición (ver a continuación) fueron controlados por fuentes de corriente de batería de ruido ultrabajo Lightwave ILX LDX-3620B.

Aquí, derivamos el ruido termorrefractivo del resonador láser integrado en función del teorema de fluctuación-disipación59 y simulamos el ruido termorrefractivo del láser sintonizable de doble anillo en la Fig. 3 con un solucionador de método de elementos finitos de multifísica COMSOL. Para un solo modo óptico dentro del resonador, al resolver la ecuación de Helmholtz, la frecuencia angular de resonancia óptica ωopt se puede expresar como

donde E es el campo eléctrico modal, r es el vector de coordenadas espaciales, c es la velocidad de la luz en el vacío y n0 es el índice de refracción del material.

Bajo cambios térmicos, el cambio del índice de refracción ∆n se puede expresar como ∆n = n0βnδT, donde βn es el coeficiente termoóptico. El cambio de frecuencia resonante, δωopt, se puede resolver como

donde N es la normalización de la intensidad del modo óptico, N = ∫n0ng |E|2d3r.

El resonador existe en un depósito de calor con temperatura T0 y la desviación de temperatura del equilibrio térmico sigue la ecuación de calor en el dominio de la frecuencia:

donde ρ es la densidad del material, cp es la capacidad calorífica, κ es la conductividad térmica y Qext es la fuente de calor externa ficticia, dada por

Aquí f0 es una unidad de conversión a energía.

La potencia disipada resultante Wdiss se puede calcular como:

De acuerdo con el teorema de fluctuación-disipación, la densidad espectral de potencia bilateral (SD) de la frecuencia resonante ω se puede expresar como

Los parámetros críticos utilizados en la simulación de propiedades térmicas son: ρ(Si3N4) = 2,2 × 103 kg m−3 (ref. 60), ρ(SiO2) = 2,2 × 103 kg m−3 y C(Si3N4) = 600 J kg −1 K−1 (ref. 60), C(SiO2) = 740 J kg−1 K−1, κ(Si3N4) = 2,23 W m−1 K−1 (ref. 61), κ(SiO2) = 1,4 W m−1 K−1, βn(Si3N4) = 2,4 × 10−5 K−1, βn(SiO2) = 1,0 × 10−5 K−1 y temperatura ambiente de 293,15 K.

La etapa de medición de alta temperatura constaba de cuatro niveles: un calentador, un disipador de calor, un enfriador termoeléctrico y la etapa de medición. Además, se aplicó cinta de poliimida para reducir el flujo de calor al aire, y se agregó una estructura de aluminio similar a una campana para proteger el dispositivo bajo prueba de las corrientes de aire. La temperatura se controló utilizando un controlador Vescent SLICE-QTC con termistores EPCOS-TDK (B57540G1103F005) en la etapa y el disipador de calor. La potencia de salida se midió con una esfera integradora Newport calibrada (819C-UV-5.3-CAL). La longitud de onda del láser se determinó midiendo los espectros con un analizador de espectro óptico Yokogawa (AQ6374).

Los datos presentados en las cifras de este artículo están disponibles en https://zenodo.org/record/6757842#.YrknDtLMKV4.

Los códigos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles de los autores correspondientes previa solicitud razonable.

Jones, R. et al. Fotónica de InP/silicio heterogéneamente integrada: fabricación de transceptores completamente funcionales. IEEE Nanotecnología. revista 13, 17–26 (2019).

Artículo Google Académico

Doerr, C., Chen, L., Chen, L. & Ton, D. Dirección de haz 2D lineal con una rejilla de enfoque grande a través del movimiento del punto focal y la longitud de onda. Fotón IEEE. Tecnología Letón. 33, 935–938 (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Wang, J. et al. Biosensores optofluídicos sin etiquetas integrados basados en silicio: últimos avances y hoja de ruta. Adv. Mate. Tecnología 5, 1901138 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Shen, Y. et al. Aprendizaje profundo con circuitos nanofotónicos coherentes. Nat. Fotón. 11, 441–446 (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Heck, MJR, Bauters, JF, Davenport, ML, Spencer, DT & Bowers, JE Plataforma de guía de onda de pérdida ultrabaja y su integración con fotónica de silicio. Fotón láser. Rev. 8, 667–686 (2014).

Artículo ADS CAS Google Académico

Margalit, N. et al. Perspectiva sobre el futuro de la fotónica y la electrónica de silicio. aplicación física Letón. 118, 220501 (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Atabaki, AH et al. Integración de fotónica con nanoelectrónica de silicio para la próxima generación de sistemas en un chip. Naturaleza 556, 349–354 (2018).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Fathololoumi, S. et al. Circuito integrado de fotónica de silicio de 1,6 Tbps y motor fotónico de 800 Gbps para demostración de empaquetado conjunto de interruptores. J. Tecnología de ondas de luz. 39, 1155–1161 (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Merz, JL, Yuan, YR & Vawter, GA Fotónica para circuitos integrados y comunicaciones. Optar. Ing. 24, 214–219 (1985).

Artículo ADS CAS Google Académico

Komljenovic, T. et al. Circuitos integrados fotónicos mediante integración heterogénea sobre silicio. proc. IEEE 106, 2246–2257 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Zhang, Q., Xing, Z. y Huang, D. Implementación de una red neuronal de retropropagación podada basada en circuitos integrados fotónicos. Fotónica 8, 363 (2021).

Artículo Google Académico

Poulton, CV et al. LIDAR coherente de estado sólido con matrices en fase ópticas fotónicas de silicio. Optar. Letón. 42, 4091–4094 (2017).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Qiang, X. et al. Fotónica cuántica de silicio a gran escala que implementa procesamiento arbitrario de dos qubits. Nat. Fotón. 12, 534–539 (2018).

Artículo ADS CAS Google Académico

Mehta, KK et al. Lógica cuántica multiión óptica integrada. Naturaleza 586, 533–537 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Niffenegger, RJ et al. Control integrado de múltiples longitudes de onda de un qubit de iones. Naturaleza 586, 538–542 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Hummon, MT y col. Chip fotónico para estabilización láser a un vapor atómico con inestabilidad 10−11. Óptica 5, 443–449 (2018).

Artículo ADS CAS Google Académico

Masood, T. & Egger, J. Realidad aumentada: centrándose en la fotónica en la industria 4.0. IEEE J. Sel. Arriba. Electrón Cuántico. 27, 1–11 (2021).

Artículo Google Académico

Zinoviev , KE , Gonzalez-Guerrero , AB , Dominguez , C. & Lechuga , LM Biosensor interferométrico de guía de onda bimodal integrado para análisis sin etiquetas . J. Tecnología de ondas de luz. 29, 1926-1930 (2011).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Orieux, A. & Diamanti, E. Avances recientes en comunicaciones cuánticas integradas. J. Opt. 18, 083002 (2016).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Blumenthal, integración de DJ Photonic para aplicaciones de UV a IR. Fotón APL. 5, 020903 (2020).

Artículo ADS CAS Google Académico

Krückel, CJ, Fülöp, A., Ye, Z., Andrekson, PA y Torres-Company, V. Ingeniería de banda prohibida óptica en guías de ondas de nitruro de silicio no lineales. Optar. Expreso 25, 15370–15380 (2017).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Puckett, MW et al. 422 millones de factor de calidad intrínseco planar integrado resonador de guía de ondas con ancho de línea de subMHz. Nat. común 12, 934 (2021).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Li, B. et al. Alcanzando la coherencia fibra-láser en fotónica integrada. Optar. Letón. 46, 5201–5204 (2021).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Morin, TJ et al. Fotónica azul y violeta basada en fundición CMOS. Óptica 8, 755–756 (2021).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Xiang, C. et al. Láser III-V/Si/Si3N4 de ancho de línea estrecho que utiliza integración heterogénea multicapa. Óptica 7, 20–21 (2020).

Artículo ADS CAS Google Académico

Op de Beeck, C. et al. Heterogéneo III-V en amplificadores de nitruro de silicio y láseres mediante impresión por microtransferencia. Óptica 7, 386–393 (2020).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Colmillo, AW et al. Láser evanescente híbrido AlGaInAs-silicio bombeado eléctricamente. Optar. Expreso 14, 9203–9210 (2006).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Park, H., Zhang, C., Tran, MA & Komljenovic, T. Fotónica heterogénea de nitruro de silicio. Óptica 7, 336–337 (2020).

Artículo ADS CAS Google Académico

Jin, W. et al. Láseres semiconductores de ancho de línea de Hertz que utilizan microrresonadores de Q ultra alto preparados para CMOS. Nat. Fotón. 15, 346–353 (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Tran, MA, Huang, D. & Bowers, JE Tutorial sobre láseres semiconductores sintonizables de ancho de línea estrecho que utilizan integración heterogénea Si/III–V. Fotón APL. 4, 111101 (2019).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Wieman, CE & Hollberg, L. Uso de láseres de diodo para la física atómica. Rev. Sci. instrumento 62, 1–20 (1991).

Artículo ADS CAS Google Académico

Arnold, AS, Wilson, JS & Boshier, MG Un simple láser de diodo de cavidad extendida. Rev. Sci. instrumento 69, 1236–1239 (1998).

Artículo ADS CAS Google Académico

Liu, K. & Littman, MG Geometría novedosa para escaneo monomodo de láseres sintonizables. Optar. Letón. 6, 117–118 (1981).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Vogel, KR, Dinneen, TP, Gallagher, A. & Hall, JL Enfriamiento Doppler de línea estrecha de estroncio hasta el límite de retroceso. Trans. IEEE. instrumento medida 48, 618–621 (1999).

Artículo CAS Google Académico

McFerran, JJ & Luiten, AN Inestabilidad de frecuencia fraccional en el rango 10−14 con una referencia de frecuencia óptica de haz térmico. J. Opt. Soc. Soy. B 27, 277–285 (2010).

Artículo ADS CAS Google Académico

van Rees, A. et al. Sintonización de longitud de onda sin saltos en modo mejorado con resonador de anillo de un láser integrado de cavidad extendida. Optar. Expreso 28, 5669–5683 (2020).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Piprek, J., Abraham, P. & Bowers, JE Análisis autoconsistente de los efectos de alta temperatura en láseres InGaAsP-InP de pozos multicuánticos de capa tensa. IEEE J. Electrón cuántico. 36, 366–374 (2000).

Artículo ADS CAS Google Académico

Coldren, LA, Corzine, SW & Mashanovitch, ML Láseres de diodo y circuitos integrados fotónicos (John Wiley & Sons, 2012).

Braithwaite, J., Silver, M., Wilkinson, VA, O'Reilly, EP y Adams, AR Papel de los procesos radiativos y no radiativos en la sensibilidad a la temperatura de los láseres de pozo cuántico InGaAs(P) de 1,5 μm tensos y no tensos. aplicación física Letón. 67, 3546–3548 (1995).

Artículo ADS CAS Google Académico

Childs, GN, Brand, S. & Abram, RA Absorción de banda de intervalo en materiales láser semiconductores. Semisegundo. ciencia Tecnología 1, 116–120 (1986).

Artículo ADS CAS Google Académico

Adams, AR, O'Reilly, EP y Silver, M. en Semiconductor Lasers I (ed. Kapon, E.) 123–176 (Academic Press, 1999).

Derry, PL et al. Funcionamiento a alta temperatura con corriente de umbral bajo de láseres de pozo cuántico tenso de InGaAs/AlGaAs. Fotón IEEE. Tecnología Letón. 4, 1189–1191 (1992).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Franken, CAA et al. Láser de diodo híbrido integrado en el rango espectral visible. Optar. Letón. 46, 4904–4907 (2021).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Shen, B. et al. Micropeines de solitón llave en mano integrados. Naturaleza 582, 365–369 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Gaeta, AL, Lipson, M. & Kippenberg, TJ Peines de frecuencia basados en chips fotónicos. Nat. Fotón. 13, 158–169 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Chang, L., Liu, S. & Bowers, JE Tecnologías integradas de peine de frecuencia óptica. Nat. Fotón. 16, 95–108 (2022).

Artículo ADS CAS Google Académico

Gundavarapu, S. et al. Láser Brillouin integrado fotónico de ancho de línea fundamental sub-hercios. Nat. Fotón. 13, 60–67 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Lu, X., Moille, G., Rao, A., Westly, DA y Srinivasan, K. Generación fotoinducida eficiente de segundo armónico en fotónica de nitruro de silicio. Nat. Fotón. 15, 131–136 (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Kues, M. et al. Micropeines ópticos cuánticos. Nat. Fotón. 13, 170–179 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Reimer, C. et al. Generación de estados cuánticos entrelazados multifotónicos mediante peines de frecuencia integrados. Ciencia 351, 1176–1180 (2016).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Poulton, CV et al. Arreglos en fase nanofotónicos de nitruro de silicio a gran escala en longitudes de onda infrarrojas y visibles. Optar. Letón. 42, 21–24 (2017).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

D'Agostino, D. et al. Guías de ondas pasivas de baja pérdida en un proceso de fundición de InP genérico mediante difusión local de zinc. Optar. Expreso 23, 25143–25157 (2015).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Ferguson, A. et al. Guías de ondas de GaAs/AlGaAs monomodo y de baja pérdida con gran espesor de núcleo. Proceso IEE. Optoelectrón. 153, 51–56 (2006).

Artículo CAS Google Académico

Biberman, A., Shaw, MJ, Timurdogan, E., Wright, JB y Watts, MR Resonadores de anillo de silicio de pérdida ultrabaja. Optar. Letón. 37, 4236–4238 (2012).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Bellegarde, C. et al. Mejora de la rugosidad de la pared lateral de las guías de ondas SOI submicrónicas mediante plasma de hidrógeno y recocido. Fotón IEEE. Tecnología Letón. 30, 591–594 (2018).

Artículo ADS CAS Google Académico

Chauhan, N. et al. Láser Brillouin integrado fotónico de luz visible. Nat. común 12, 4685 (2021).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wan, Y. et al. Láseres de puntos cuánticos evanescentes de alta velocidad en Si. Fotón láser. Rev. 15, 2100057 (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Wang, H., Wu, L., Yuan, Z. y Vahala, K. en Conferencia sobre láseres y electroóptica (eds. Kang, J. et al.) SF2O. 2 (Optica Publishing Group, 2021).

Levin, Y. Fluctuación-teorema de disipación para ruido termorrefractivo. física Letón. A 372, 1941-1944 (2008).

Artículo ADS CAS Google Académico

Kaloyeros, AE, Pan, Y., Goff, J. & Arkles, B. Revisión: nitruro de silicio y tecnologías de película delgada ricas en nitruro de silicio: tecnologías de procesamiento, propiedades y aplicaciones de vanguardia. ECS J. Estado Sólido Sci. Tecnología 9, 063006 (2020).

Artículo ADS CAS Google Académico

Arx, MV, Paul, O. y Baltes, H. Conductividades térmicas de película delgada dependientes del proceso para CMOS MEMS térmicos. J. Microelectromecánica. sist. 9, 136–145 (2000).

Artículo Google Académico

Descargar referencias

Agradecemos a B. Dong y D. Kinghorn por su ayuda con las medidas, S. Palmer por la fructífera discusión, Z. Zhou por las modificaciones de formato y L. McKinney, B. Long y Y. Chen por los bocetos gráficos. También agradecemos a L. Coldren por la discusión sobre el rendimiento del láser de alta temperatura, así como a D. Weld y J. Wang por la discusión de las aplicaciones de la física atómica. Una parte de este trabajo se realizó en las instalaciones de nanofabricación de UCSB, un laboratorio de acceso abierto. Parte de este trabajo y material (relacionado con UCSB y Caltech) se basa en el trabajo respaldado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) bajo el contrato no. HR001-20-2-0044. Todas las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material pertenecen a los autores y no reflejan necesariamente los puntos de vista de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA).

Estos autores contribuyeron igualmente: Minh A. Tran, Chong Zhang, Theodore J. Morin

Nexus Photonics, Goleta, CA, EE. UU.

Minh A. Tran, Chong Zhang, Sabyasachi Barik, Woonghee Lee, Glenn Kim, Aditya Malik, Zeyu Zhang, Hyundai Park y Tin Komljenovic

Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad de California, Santa Bárbara, CA, EE. UU.

Theodore J. Morin, Lin Chang, Joel Guo y John E. Bowers

Laboratorio de Física Aplicada TJ Watson, Instituto de Tecnología de California, Pasadena, CA, EE. UU.

Zhiquan Yuan, Heming Wang, Boqiang Shen, Lue Wu y Kerry Vahala

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

Todos los dispositivos fueron diseñados por HP, TK, CZ y MAT, y fabricados por CZ, MAT, WL y GK La caracterización del dispositivo fue realizada por HP, SB, AM y ZZ La caracterización de alta temperatura y ruido fue realizada por TJM, MAT, LC y JG , con la asistencia de ZY, HW, BS y LW ZY, HW y BS llevaron a cabo la investigación del ruido de fase teórica El manuscrito fue preparado por MAT, TJM y LC, con la asistencia de todos los demás autores. TK supervisó todas las operaciones en Nexus Photonics, incluido el diseño, la fabricación y las caracterizaciones, y LC, JEB y KV supervisaron la caracterización avanzada en UCSB y Caltech.

Correspondencia a Lin Chang o Tin Komljenovic.

JEB es cofundador de Nexus Photonics.

Nature agradece a David Moss y a los otros revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Notas complementarias 1–4 y Figs. 1–9.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Tran, MA, Zhang, C., Morin, TJ et al. Ampliación del espectro de la fotónica totalmente integrada a longitudes de onda submicrométricas. Naturaleza 610, 54–60 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05119-9

Descargar cita

Recibido: 06 Diciembre 2021

Aceptado: 18 julio 2022

Publicado: 28 de septiembre de 2022

Fecha de emisión: 06 de octubre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05119-9

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Fotónica de la naturaleza (2023)

Comunicaciones de la naturaleza (2023)

Materiales de Nature Reviews (2023)

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.