Durchbruch in der Siliziumphotonik: Integrierte Laser auf Wafern ermöglichen schnelleres, effizienteres Computing

Forscher aus den USA und Europa haben einen bedeutenden Fortschritt in der Siliziumphotonik erzielt, indem sie erfolgreich miniaturisierte Laser direkt auf Siliziumwafern hergestellt haben. Diese Innovation, die in einer Nature-Publikation detailliert beschrieben wird, beinhaltet das 'Wachsen' von Lasern auf einem Siliziumchip, ein Prozess, der die Skalierbarkeit und Kompatibilität mit der bestehenden CMOS-Fertigung für elektronische Chips verbessert.

Dieser Durchbruch adressiert eine große Herausforderung: die Integration von Lichtquellen mit Siliziumchips. Traditionelle Methoden beinhalten das Anbringen separater Laser, was den Betrieb verlangsamt und die Kosten erhöht. Durch die Erzeugung von Lasern direkt auf dem Chip können Daten schneller mit Photonen übertragen werden, was eine größere Datenkapazität und geringere Energieverluste im Vergleich zu Elektronen bietet.

Das Team bettete 300 funktionale Laser auf einen einzigen 300-mm-Siliziumwafer ein, einen Industriestandard. Der Laser erzeugte Licht mit einer Wellenlänge von 1.020 nm, ideal für Kurzstreckenübertragungen zwischen Computerchips. Dieser Chip könnte die Rechenleistung erheblich verbessern und den Energieverbrauch in Rechenzentren senken. Der Laser benötigte einen Schwellenstrom von nur 5 mA, ähnlich einer LED in einer Computermaus, und seine Ausgangsleistung betrug etwa 1 mW. Während ein Dauerbetrieb für 500 Stunden bei Raumtemperatur (25 °C) möglich war, nahm die Effizienz bei etwa 55 °C ab. Diese Demonstration stellt einen bedeutenden Schritt hin zu effizienterem und leistungsfähigerem Computing dar und ebnet den Weg für kostengünstige, hochleistungsfähige optische Geräte für die Datenkommunikation, das maschinelle Lernen und die KI.