Micro matriz de nanofios de poço quântico de vários comprimentos de onda

28 de agosto de 2023

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À medida que o número de núcleos em um processador continua a crescer, também aumenta o desafio de conectá-los todos. As redes elétricas tradicionais ficam aquém devido à latência, largura de banda limitada e alto consumo de energia. Os pesquisadores há muito procuram uma alternativa melhor, e os sistemas nanofotônicos on-chip surgiram como um substituto promissor para as redes elétricas tradicionais.

As redes ópticas on-chip utilizam luz para transmissão de dados, oferecendo grandes vantagens em relação aos sinais elétricos. A luz, sendo mais rápida que a eletricidade, pode transportar maiores quantidades de dados através de tecnologias de multiplexação. A chave para as redes ópticas no chip são as fontes de luz miniaturizadas, como lasers em escala micro/nano ou diodos emissores de luz (LEDs). No entanto, a maioria dos desenvolvimentos em micro/nano-LEDs são baseados em sistemas de materiais de nitreto III em comprimentos de onda visíveis.

Houve relatórios limitados sobre micro-LEDs infravermelhos de alta velocidade em comprimentos de onda de telecomunicações, indispensáveis ​​para o desenvolvimento futuro da tecnologia Li-Fi, circuitos integrados fotônicos (PICs) e aplicações biológicas.

Nanofios In(Ga)As(P)/InP cultivados epitaxialmente possuem grande potencial para LEDs e lasers miniaturizados na faixa de comprimento de onda de telecomunicações, já que sua ampla capacidade de ajuste de bandgap poderia permitir a integração monolítica de fontes de luz de múltiplos comprimentos de onda em um único chip através de um único crescimento epitaxial , o que poderia aumentar a capacidade de transmissão de dados por meio de multiplexação por divisão de comprimento de onda e tecnologias de múltiplas entradas e múltiplas saídas.

Os autores de um novo artigo publicado na Opto-Electronic Science demonstram o crescimento de área seletiva e a fabricação de LEDs de matriz de nanofios de poço quântico único (QW) InGaAs/InP de núcleo de pino altamente uniforme. A Figura 1 (a, b) mostra o esquema da estrutura do LED QW em um único nanofio e uma imagem de microscópio eletrônico de varredura (SEM) de um arranjo de nanofios com morfologia altamente uniforme, respectivamente.

A estrutura QW detalhada na direção radial é ainda revelada pela imagem de microscopia eletrônica de transmissão de varredura de campo escuro anular de alto ângulo (HAADF-STEM) na Figura 1 (c). Para sondar a composição do material do QW, também foi realizada a análise de espectroscopia de energia dispersiva de raios X na Figura 1 (d), mostrando claramente que a região InGaAs QW é rica em gálio e arsênico em comparação com a região da barreira InP.

Os LEDs de nanofios QW exibiram forte eletroluminescência (EL) dependente de polarização, mostrada na Figura 2 (c, d), cobrindo comprimentos de onda de telecomunicações (1,35 ~ 1,6 μm). Dois picos EL proeminentes podem ser identificados a partir dos espectros mostrados na Figura 2 (d), incluindo um pico de comprimento de onda longo em ~ 1,5 μm originado do QW radial e um pico de comprimento de onda curto em ~ 1,35 μm devido a uma emissão combinada de axial e radial Perguntas frequentes. Devido à presença de dois picos de EL, a largura total na metade do máximo do espectro de EL pode atingir cerca de 286 nm, mostrando grande promessa para tomografia de coerência óptica e aplicações de biossensor. Com o aumento da polarização, a grande injeção de portadores preenche as bandas de energia em ambos os QWs, levando a espectros de emissão ampliados e a uma mudança no comprimento de onda de pico.

A sintonização de vários comprimentos de onda do arranjo de nanofios QW foi demonstrada ainda mais através do crescimento monolítico de arranjos de nanofios com diferentes tamanhos de passo (isto é, a distância centro a centro entre nanofios vizinhos em um arranjo) no mesmo substrato. A Figura 3 (a) mostra os espectros representativos de fotoluminescência (PL) coletados de matrizes de nanofios com diferentes tamanhos de passo, mostrando emissão de PL de comprimento de onda mais longo de matrizes de nanofios de passo maior devido ao aumento da espessura do QW ou à incorporação de índio no QW.