La photonique sur silicium, compatible avec les technologies CMOS de la microélectronique, représente une sorte de graal car elle permettrait des communications optiques intégrées sur puce, assorties d'un gain substantiel en vitesse et en consommation énergétique.
Elle est également considérée comme la plate-forme scientifique et technologique idéale pour le développement des circuits de demain pour les communications optiques (télécom, 5G, 6G…), les capteurs (LIDAR, détection de molécules biologiques et chimiques, spectroscopie dans le proche et le moyen infrarouge, etc.) et les circuits quantiques.
Cependant, le silicium n'est pas un matériau émetteur de lumière comme les semi-conducteurs III-V (AsGa et InP) du fait de ses propriétés électroniques et cristallines.
Pour contourner cette difficulté, les physiciens l étudient depuis plusieurs années un matériau alternatif, intégrable sur silicium (comme le germanium) et potentiellement émetteur de lumière à température ambiante : un alliage de germanium.
- En 2015, ils incorporent entre 6 à 8 % d'étain au germanium et obtiennent pour la première fois une structure atomique émettrice de lumière laser mais qui requiert une température cryogénique (90 K).
- En 2018, les physiciens de l'Irig produisent une émission en infra-rouge moyen à 230 K.
- En 2019, l'émission laser est étendue sur une très large gamme de fréquence, à une température proche de l'ambiante (273 K, soit 0°C).
Avec leurs partenaires, les chercheurs de l'Irig ont, cette fois, optimisé l'architecture de la cavité laser. Celle-ci a la forme d'un micro-disque en Ge0,83Sn0,17, disposé sur un « piédestal » permettant de dissiper plus efficacement la chaleur.
La température la plus haute du régime laser s'établit désormais à 32 °C (au lieu de 0°C), pour une longueur d'onde de 3,5 µm (infrarouge moyen).
Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec le CEA-Leti et le Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N) de l'Université Paris-Saclay.