来自ForschungszentrumJülich的科学家表示，他们已经与直接将激光集成到硅中更加接近了一步，他们与来自巴黎的Center de Nanosciences et de Nanotechnologies(C2N)和法国的STMicroelectronics公司以及CEA-LETI格勒诺布尔的研究人员一起开发了兼容的由锗和锡制成的半导体激光器，其效率可与传统的Si上GaAs半导体激光器相媲美。(Nature Photonics，DOI：10.1038 / s41566-020-0601-5)
与目前的电子过程相比，光学数据传输允许更高的数据速率和范围，同时还使用更少的能量。因此，每当电缆长度超过一米时，计算和数据中心就已经默认为光纤。将来，由于对板对板或芯片对芯片的数据传输的要求不断提高，光学解决方案将需要越来越短的距离。这尤其适用于人工智能(AI)系统，在该系统中，必须在大型网络内传输大量数据才能训练芯片和算法。
ForschungszentrumJülich的PeterGrünberg研究所(PGI)主任DetlevGrützmacher解释说：“最关键的缺失组件是便宜的激光器，这是实现高数据速率所必需的。与基于硅的CMOS技术兼容的电泵浦激光器将是理想的选择。” -9)。“由于整个芯片的生产最终都基于这项技术，因此可以在芯片制造过程中简单地对激光器进行整形”。
Grützmacher解释说：“激光组件目前是在外部制造的，必须随后集成，这使技术昂贵。”
相反，可以在CMOS生产过程中制造新激光器。早在2015年，Jülich研究人员就表明可以在GeSn系统中获得激光发射。决定性的因素是锡含量高：那时的锡含量为12%，远高于1%的溶解度极限。
尤利希的彼得·格林伯格研究所(PGI-9)的工作组组长丹·布卡解释说：“纯锗本质上是像硅这样的间接半导体。高浓度的锡将其转变为激光源的直接半导体。” )。
Jülich开发的获得专利的外延生长工艺已被全球多个研究小组采用。通过进一步提高锡浓度，已经制造出不仅在低温下而且在0℃下工作的激光器。
Nils von den Driesch解释说：“但是，锡含量高会降低激光效率。激光需要相对较高的泵浦功率。锡含量为12%至14%时，我们已经需要100-300 kW / cm2。”“因此，我们试图降低锡的浓度，并通过额外施加压力来补偿锡的浓度，这大大改善了光学性能。”
对于新激光器，研究人员将锡含量降低到大约5%，同时将必要的泵浦功率降低到0.8 kW / cm2。这产生的废热非常少，以至于该激光器是第一个IV类半导体激光器，不仅可以在脉冲状态下工作，而且可以在连续工作状态下工作，即作为“连续波激光器”工作。
“这些值表明，锗锡激光器在技术上是可行的，其效率与在Si上生长的常规III-V半导体激光器相当。这也更接近于在室温下工作的工业应用的电泵浦激光器， ”机构负责人Grützmacher解释说。目前，这种新激光器仅限于光激发和约-140degC的低温。
这样的激光器不仅对于光学数据传输而且对于各种其他应用都将是令人感兴趣的，因为对于2-4μm的红外范围内的相应波长几乎没有便宜的替代品。潜在的应用范围从红外和夜视系统一直到用于监测气候研究环境的气体传感器，甚至用于医学诊断的呼吸气体分析。