R&D: le premier circuit ‘laser silicium’ hybride est signé Intel

Au moment où il fêtait les 40 ans de la ‘

loi de Moore‘, Intel avait indiqué qu’un des axes de sa R&D (recherche et développement) portait sur le laser à base de silicium photonique.

Pourquoi cette technologie ? Parce que l’avenir de l’informatique passe par la capacité de ses composants à transmettre très rapidement des quantités de plus en plus importantes de données, et qu’à ce titre le laser s’impose pour passer d’un traitement électronique à un traitement photonique.

Intel et l’Université de Californie à Santa Barbara (UCSB) viennent donc d’annoncer la mise au point du premier laser silicium hybride conçu autour d’une puce dotée de fonctions photoémettrices et de guidage d’onde qui pourrait conduire à un large recours au silicium photonique.

Les chercheurs d’Intel et de l’UCSB sont parvenus à associer en une même puce hybride les propriétés photoémettrices du phosphure d’indium (InP) et les capacités de guidage d’onde du silicium. Soumis à une certaine tension, l’InP émet de la lumière que le guide d’onde en silicium canalise pour produire un rayon laser continu. Et ce laser peut servir à contrôler d’autres composants photoniques.

Or un laser en silicium est susceptible d’instaurer un plus large recours aux cristaux photoniques en informatique. L’usage de ce semi-conducteur permettrait de limiter considérablement les coûts de fabrication des nanosystèmes du futur grâce à la possibilité de faire appel aux techniques de production en grande série déjà en usage pour les microprocesseurs et autres puces.

La technologie du laser à base de phosphure d’indium n’est pas nouvelle, elle est même courante dans les équipements de télécommunications. En revanche, elle était jusqu’à présent inadaptée à une production en grandes séries, donc économique.

Le laser silicium hybride associe les composants électroniques numériques (silicium) au phosphure d’indium. Le premier ne se prête pas à l’émission de la lumière (le composant concentré du laser). En revanche, il peut canaliser, détecter, moduler voire amplifier l’émission photonique du second.

Le procédé de fabrication développé consiste à faire appel à un plasma d’oxygène (oxygène gazeux électriquement chargé) à faible température pour déposer une fine oxydation (d’une épaisseur d’environ vingt-cinq atomes) sur les deux matériaux. Chauffées et pressées l’une contre l’autre, ces couches agissent comme une colle et soudent les deux matériaux pour former la puce.

Lorsque la puce est soumise à une tension électrique, la lumière que produit le matériau à base d’InP traverse la couche d’oxyde et pénètre dans le guide d’onde de la puce, où elle est confinée et contrôlée, principe même du laser silicium hybride. C’est la configuration de ce guide qui détermine les performances et la longueur d’onde précise du laser.

« Cette invention pourrait conduire à l’arrivée dans les futurs ordinateurs de ‘conduits de données’ optiques à faible coût, d’une bande passante de l’ordre du térabit, et banaliser le calcul intensif. Si nous sommes encore loin d’un produit commercial, il devrait cependant être possible à terme d’intégrer sur une même puce de silicium plusieurs dizaines voire plusieurs centaines de lasers silicium hybrides à d’autres composants photoniques« , a déclaré Mario Paniccia, directeur du Photonics Technology Lab d’Intel.

UCSB : vers des débits à 160 Gbit/s

L’UCSB est l’un des tout premiers centres de recherche au monde dans les domaines de la photonique, des sciences des matériaux, des biotechnologies, du génie chimique et informatique, des nanotechnologies et de la physique.

Le professeur John Bowers y enseigne le génie électrique et informatique. Il travaille sur les matériaux à base d’InP depuis plus de vingt-cinq ans.

Ses travaux sont actuellement axés sur la mise au point de composants optoélectronique innovants, dotés de débits allant jusqu’à 160 Gbit/s, ainsi que sur des techniques de ‘liaisonnement’ de matériaux dissemblables afin de créer de nouveaux composants plus performants.

« Ce programme de recherche mené avec Intel montre bien que la collaboration entre le secteur privé et le monde universitaire peut faire progresser la science et la technologie. »

« En conjuguant les compétences de l’USCB en matière de phosphure d’indium et celles d’Intel en nano-électronique, nous avons pu faire la démonstration d’une structure laser novatrice, fondée sur une méthode de liaisonnement applicable à tous les niveaux d’une galette de silicium, sur la totalité de celle-ci jusqu’au niveau d’une matrice. »

« Cette structure pourrait déboucher sur une solution pour l’intégration à grande échelle de composants optiques sur une plate-forme de silicium. Cette avancée marque la naissance de puces de silicium à très forte intégration qu’il serait possible de produire en grande série et donc pour un faible coût. »