Tańsze lasery półprzewodnikowe? [KOMENTARZ EKSPERTA]

Projekt REMOTION otrzymał finansowanie w konkursie EIC Pathfinder Open 2026, realizowanym w ramach programu Horyzont Europa. Spośród 2103 zgłoszeń do finansowania wybrano 43 przedsięwzięcia. W zwycięskich konsorcjach znalazło się pięć polskich podmiotów.

Trzyletni projekt koordynuje Politechnika Warszawska, a jego całkowity budżet wynosi niemal 4 mln EUR. Największą część środków, ponad 1,17 mln EUR, otrzyma Politechnika Wrocławska. W konsorcjum uczestniczą również Uniwersytet w Paderborn w Niemczech oraz Mellanox Technologies.

Lasery półprzewodnikowe dla układów fotonicznych

Rozwój sztucznej inteligencji i infrastruktury centrów danych zwiększa zapotrzebowanie na szybkie i energooszczędne technologie transmisji informacji. Jednym z kierunków rozwoju jest fotonika krzemowa, która wykorzystuje światło do przesyłania danych i pozwala integrować elementy optyczne z układami elektronicznymi.

Problemem pozostaje jednak wytwarzanie źródeł światła. Krzem ma bardzo słabe właściwości emisyjne, dlatego do produkcji wydajnych laserów wykorzystuje się półprzewodniki z grup III–V, takie jak arsenek galu (GaAs) i fosforek indu (InP). Ich integracja z platformami krzemowymi jest technologicznie wymagająca i kosztowna.

Naukowcy uczestniczący w projekcie REMOTION chcą opracować technologię umożliwiającą wytwarzanie miniaturowych laserów półprzewodnikowych, a następnie ich przenoszenie na krzemowe układy fotoniczne. Kluczowym elementem rozwiązania będzie możliwość ponownego wykorzystania podłoży, na których powstają struktury laserowe.

W tradycyjnych procesach podłoża te często ulegają zniszczeniu podczas oddzielania wytworzonych struktur. Nowa metoda ma ograniczyć straty materiałowe, ilość odpadów i koszty produkcji.

Epitaksja zdalna pozwoli odzyskiwać podłoża

Podstawą opracowywanej technologii będzie epitaksja zdalna. Polega ona na wzroście struktur półprzewodnikowych na podłożu oddzielonym od nich ultracienką warstwą węgla, np. grafenu. Warstwa ta umożliwia późniejsze oddzielenie wytworzonej struktury bez niszczenia podłoża, które może zostać ponownie wykorzystane.

Jednym z najtrudniejszych etapów będzie uzyskanie odpowiedniej jakości krystalicznej materiału. Nawet niewielkie defekty mogą pogorszyć parametry lasera lub uniemożliwić jego działanie.

Za rozwój procesu wzrostu struktur laserowych odpowiada zespół dr. inż. Mikołaja Badury z Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów Politechniki Wrocławskiej. Badacze wykorzystają epitaksję z fazy gazowej. Najpierw opracują struktury na standardowych podłożach, a następnie dostosują proces do materiałów pokrytych ultracienkimi warstwami węgla.

– Epitaksjalny wzrost struktur półprzewodnikowych to proces, w którym o długości fali emitowanego światła decyduje precyzyjnie kontrolowana grubość i skład nanowarstw. W projekcie REMOTION realizujemy zadanie bez precedensu w skali światowej – tłumaczy dr Badura. – Musimy doprowadzić do odtworzenia uporządkowanej sieci krystalicznej półprzewodnika w warunkach, gdy potencjał podłoża transmitowany jest przez ultracienką warstwę węgla amorficznego lub grafenu. To jeden z najbardziej krytycznych etapów projektu – śladowe niedoskonałości strukturalne lub naprężenia mogą całkowicie uniemożliwić pracę lasera.

Zespół zbada jakość otrzymanych warstw, ich granic międzyfazowych oraz właściwości optyczne. Wyniki posłużą do optymalizacji parametrów wzrostu i ograniczenia liczby defektów.

Druk mikrotransferowy umożliwi integrację laserów z krzemem

Drugim ważnym etapem projektu będzie przenoszenie gotowych struktur laserowych na krzemowe układy fotoniczne. Pracami pokieruje dr hab. inż. Marcin Syperek, prof. Politechniki Wrocławskiej, z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki.

Naukowcy wykorzystają druk mikrotransferowy, czyli metodę pozwalającą pobierać bardzo cienkie struktury półprzewodnikowe za pomocą elastycznych stempli i umieszczać je w precyzyjnie określonych miejscach docelowego układu.

– Laser musi trafić dokładnie w wybrane miejsce, żeby światło mogło sprawnie przejść do pozostałej części układu. Będziemy korzystać z elastycznych stempli, które podnoszą bardzo cienkie elementy półprzewodnikowe i przenoszą je precyzyjnie na nowe podłoże – tłumaczy prof. Syperek. – Opracowanie skalowalnego i powtarzalnego procesu, który nie uszkadza tych struktur, jest jednym z warunków przyszłego wykorzystania tej metody w produkcji.

Badacze zakładają osiągnięcie dokładności pozycjonowania na poziomie jednego mikrometra. Sprawdzą także efektywność sprzęgania światła emitowanego przez laser z falowodami krzemowymi, które odpowiadają za jego prowadzenie wewnątrz układu fotonicznego.

Istotne będzie nie tylko uzyskanie odpowiedniej precyzji, lecz także zapewnienie powtarzalności procesu i ograniczenie ryzyka uszkodzenia przenoszonych struktur. To warunki niezbędne do przyszłego zastosowania technologii w produkcji przemysłowej.

Technologia z potencjałem dla przemysłu półprzewodnikowego

Projekt REMOTION łączy dwa obszary badań prowadzonych na Politechnice Wrocławskiej: wytwarzanie zaawansowanych struktur półprzewodnikowych oraz integrację źródeł światła z układami fotonicznymi.

Współpraca zespołów pozwoli przeanalizować zależności między jakością materiału, procesem jego przenoszenia i parametrami gotowego lasera. Docelowo naukowcy chcą opracować technologię, którą będzie można dostosować do produkcji na skalę przemysłową.

Możliwość wielokrotnego wykorzystania podłoży GaAs i InP mogłaby ograniczyć zapotrzebowanie na kosztowne materiały półprzewodnikowe. Z kolei integracja laserów z platformami krzemowymi może ułatwić rozwój układów fotonicznych przeznaczonych do szybkiej transmisji danych, w tym rozwiązań dla centrów danych i infrastruktury sztucznej inteligencji.

REMOTION jest projektem badawczym na wczesnym etapie rozwoju. Jego celem nie jest jeszcze uruchomienie komercyjnej produkcji, lecz opracowanie i zweryfikowanie procesów technologicznych, które w przyszłości mogłyby znaleźć zastosowanie w przemyśle półprzewodnikowym.

O komentarz zapytaliśmy Marka Kotelnickiego i Igora Deryło.

Marek Kotelnicki, Partner Zarządzający VIGO Ventures, funduszu VC specjalizującego się w fotonice, od ponad 15 lat finansuje i wspiera międzynarodowe firmy deep tech. Jest aniołem biznesu, zasiada w radach nadzorczych spółek technologicznych, jest ekspertem i mentorem w takich organizacjach jak Tech Tour, Creative Destruction Lab, EIC Scaling Club, PhotonHub Europe, EuroCDP czy CERN Venture Connect.

Projekt REMOTION dotyka jednego z najważniejszych wąskich gardeł infrastruktury dla sztucznej inteligencji i centrów danych, czyli źródła światła. Fotonika krzemowa świetnie sprawdza się w masowej produkcji, jednak wydajnego źródła światła z samego krzemu nie da się zbudować. Potrzebne są półprzewodniki III-V, a ich połączenie z układem krzemowym to jeden z najtrudniejszych i najdroższych etapów produkcji. Kto rozwiąże ten problem w skali przemysłowej, zyska kluczową pozycję w łańcuchu dostaw.

Z perspektywy inwestora szczególnie istotny jest partner przemysłowy. Mellanox Technologies to spółka z grupy NVIDIA, odpowiedzialna za technologie sieciowe. Zaangażowanie takiego gracza na wczesnym etapie badań to mocny sygnał, że problem jest realny dla liderów rynku.

Projekt wpisuje się w trzy trendy: gwałtowny wzrost zapotrzebowania na połączenia optyczne w centrach danych AI, bezpieczeństwo dostaw oraz europejską ambicję wzmocnienia kompetencji półprzewodnikowych. Od wprowadzenia przez Chiny kontroli eksportu w 2025 roku cena 6-calowego podłoża z fosforku indu wzrosła z ok. 1,4 do ok. 5 tys. dolarów, a Chiny odpowiadają za ok. 70 proc. światowej produkcji indu. Wielokrotne wykorzystanie podłoży może ograniczyć tę zależność.

Warto zachować obiektywizm. W Europie rozwija się wiele podejść, od producentów źródeł światła, takich jak Innolume czy ams OSRAM, po firmy opracowujące metody ich łączenia

z krzemem. REMOTION należy do tej drugiej grupy, więc z częścią rozwiązań będzie konkurować, a inne uzupełniać. To badania na wczesnym etapie, a droga do fabryki zwykle prowadzi przez spółkę spin-off i kapitał prywatny. Dlatego już teraz kluczowe są ochrona własności intelektualnej i plan komercjalizacji.

Rynek pokazuje, że ta droga jest możliwa. Holenderski Photon Bridge, spółka z portfela VIGO Ventures, opracował własną metodę łączenia elementów III-V, takich jak lasery, wzmacniacze i modulatory, z fotoniką krzemową. W październiku pozyskał 10 mln euro i w 2027 roku planuje dostarczyć pierwsze próbki dla centrów danych AI. Integracja laserów z krzemem to realny, globalny problem i jeden z najciekawszych obszarów inwestycyjnych w fotonice, także w Europie.

Igor Deryło, Dyrektor Operacyjny — Polska Platforma Technologiczna Fotoniki 

W 2025 roku w MIT Technology Review opublikowano artykuł, który opisywał energochłonność modeli AI. Wskazano, że 5-sekund zabawnego filmiku wygenerowanego przy pomocy AI pochłania energię potrzebną do naładowania smartfona... kilkadziesiąt razy.

To obrazowo pokazane wyzwanie, przed jakim stoi dziś infrastruktura AI. I jednocześnie to szansa na masowe zastosowanie fotoniki w elektronice krzemowej, bo dziś to fotonika zdaje się być odpowiedzią na wyzwania energochłonności AI. A projekt REMOTION — wytwarzanie źródeł laserowych do optycznej komunikacji w centrach danych — w warstwie zastosowań tego właśnie dotyczy.

W projekcie kluczowy jest jednak aspekt technologiczny. Tzw. zdalna epitaksja — ciekawy i rozwojowy kierunek badań — ma oszczędzać podłoża półprzewodnikowe, czyli zwiększać ekonomikę produkcji. Technologia może w przyszłości znaleźć zastosowanie np. w produkcji niskoseryjnej, a to segment ważny, bo charakterystyczny dla polskiej branży półprzewodnikowej. 

Okazuje się jednak, że ważny nie tylko dla nas, ponieważ jednym z nielicznych partnerów projektu jest firma Mellanox Technologies, czyli spółka z grupy NVIDIA — światowego potentata technologii dla AI.

Mamy zatem kluczowe wyzwanie dzisiejszej gospodarki na świecie, najbardziej wartościową firmę świata, do tego Politechnikę Warszawską oraz Politechnikę Wrocławską, czyli 2 kluczowe ośrodki naukowe branży fotoniki w Polsce.

Przyznanie finansowania projektowi realizowanemu przez konsorcjum oparte na polskiej nauce to kolejny w tym roku znak jakości dla polskiej fotoniki i potwierdzenie słów Ministra Nauki I Szkolnictwa Wyzszego Marcina Kulaska, który przed kilkoma miesiącami trafnie określił polską fotonikę jako światową czołówkę.