Des chercheurs sud-coréens ont développé avec succès une technologie permettant de produire en masse des lasers à points quantiques, largement utilisés dans les centres de données et les communications quantiques. Cette avancée ouvre la voie à une réduction du coût de production des lasers à semi-conducteurs à un sixième du coût actuel.
La recherche est publié dans le Journal des alliages et composés.
L’Institut de recherche en électronique et en télécommunications (ETRI) a annoncé avoir développé, pour la première fois en Corée, une technologie permettant de produire en masse des lasers à points quantiques, auparavant uniquement utilisés pour la recherche, à l’aide de systèmes de dépôt chimique en phase vapeur de composés organiques métalliques (MOCVD).
La section de recherche sur les composants de communication optique de l’ETRI a développé avec succès des diodes laser à points quantiques en arséniure d’indium/arséniure de gallium (InAs/GaAs) sur des substrats en gallium-arsenic (GaAs), qui conviennent à la bande de longueur d’onde de 1,3 µm utilisée dans les communications optiques.
Traditionnellement, les diodes laser à points quantiques étaient produites par épitaxie par faisceau moléculaire (MBE), mais cette méthode était inefficace en raison de sa vitesse de croissance lente, ce qui rendait la production de masse difficile. En utilisant le MOCVD, qui offre une efficacité de production plus élevée, l’équipe de recherche a considérablement amélioré la productivité de la fabrication des lasers à points quantiques. Les lasers à points quantiques sont connus pour leurs excellentes caractéristiques de température et leur forte tolérance aux défauts du substrat, permettant des surfaces de substrat plus grandes et, par conséquent, une consommation d’énergie et des coûts de production inférieurs.
La technologie de fabrication de points quantiques récemment développée se distingue par une densité élevée et une bonne uniformité. Les lasers à semi-conducteurs à points quantiques produits ont démontré un fonctionnement continu à des températures allant jusqu’à 75 degrés Celsius, ce qui constitue une avancée mondiale dans les résultats obtenus via MOCVD.
Auparavant, les dispositifs de télécommunication optique utilisaient des substrats coûteux en phosphure d’indium (InP) de 2 pouces, ce qui entraînait des coûts de fabrication élevés. La nouvelle technologie, qui utilise des substrats GaAs, dont le coût représente moins d’un tiers du coût des substrats InP, devrait réduire le coût de fabrication des lasers à semi-conducteurs de communication à moins d’un sixième.
La capacité de cette technologie à utiliser des substrats de grande surface permet de réduire considérablement le temps de traitement et les coûts des matériaux.
L’équipe de recherche prévoit d’optimiser et de vérifier davantage cette technologie afin d’améliorer sa fiabilité et de la transférer aux sociétés nationales de communications optiques. Ces entreprises recevront un soutien technologique et infrastructurel clé par l’intermédiaire de la fonderie de semi-conducteurs d’ETRI, accélérant ainsi le calendrier de commercialisation.
La réduction prévue du temps de développement et des coûts de production améliorera la compétitivité des prix des produits, augmentant potentiellement la part de marché à l’échelle internationale. Cette avancée devrait stimuler l’industrie nationale des composants de communication optique.
Dans la société moderne, la communication optique constitue l’épine dorsale de notre industrie. Les réalisations de l’équipe de recherche devraient révolutionner le développement des sources optiques, en connectant les complexes d’appartements aux grandes villes et aux câbles optiques sous-marins.
Le professeur Dae Myung Geum de l’Université nationale de Chungbuk, participant à cette recherche, a fait remarquer : « La technologie de production de masse des points quantiques peut réduire considérablement les coûts de production des dispositifs de communication optique coûteux, améliorant ainsi la compétitivité de l’industrie nationale des composants de communication optique et contribuant substantiellement à la recherche scientifique fondamentale. »
Le Dr Ho Sung Kim, de la section de recherche sur les composants de communication optique de l’ETRI, a déclaré : « Ce résultat de recherche est un excellent exemple de garantie de viabilité commerciale et d’innovation fondamentale, changeant potentiellement le paradigme de l’industrie des lasers à semi-conducteurs pour les communications optiques. »
Plus d’information:
HoSung Kim et al., Fonctionnement à haute température et à onde continue de diodes laser à points quantiques InAs/GaAs entièrement développées par MOCVD avec une couche hautement contrainte et une couche de revêtement p-AlGaAs à basse température, Journal des alliages et composés (2024). DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.173823