在過去的幾十年中，低成本且與 CMOS 兼容的基于硅的光子技術(shù)取得了重大進(jìn)展，特別是在數(shù)據(jù)通信應(yīng)用和高速光鏈路方面。然而，單片集成硅光子電路的一個主要瓶頸是缺乏兼容 COMS 的激光器。這主要是由于 IV 族半導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)的間接性質(zhì)。迄今為止，III-V族激光器是集成平臺上最標(biāo)準(zhǔn)、最可靠的光源。然而，III-V族激光器的CMOS不兼容工藝導(dǎo)致制造成本高和硅芯片制造鏈上的復(fù)雜集成。或者，IV 族 GeSn 半導(dǎo)體合金對錫含量大于 7% 具有直接帶隙，有望用于 CMOS 兼容和低成本激光器。
自 2015 年展示第一臺 GeSn 激光器以來，研究主要集中在基于硅上 Ge 應(yīng)變松弛緩沖層上生長的 GeSn 層設(shè)計的 GeSn 激光器。它的問題在于 GeSn 和 Ge 之間的晶格失配會導(dǎo)致壓縮應(yīng)變。這是不可取的，因為壓縮應(yīng)變會通過降低 GeSn 合金的能帶結(jié)構(gòu)方向性來降低它們的光學(xué)增益特性。壓縮應(yīng)變甚至可以將 GeSn 合金的能帶結(jié)構(gòu)從直接變?yōu)殚g接，從而使它們的增益特性消失。因此，主流方法是在其塑性松弛的臨界厚度之上生長較厚的 GeSn 層。然而，這會在 GeSn-Ge 界面附近形成非常密集的陣列失配缺陷，從而引入非輻射復(fù)合過程來對抗激光。此外，在這些情況下，殘余壓縮應(yīng)變?nèi)匀淮嬖?。為了補(bǔ)償壓應(yīng)變的影響，GeSn激光器的大部分工作都集中在增加Sn濃度上。這種方法能夠提高 GeSn 激光器的最大激光溫度，但較高的 Sn 含量會導(dǎo)致更多的 GeSn-Ge 界面缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致 MW/cm 數(shù)量級的更高激發(fā)閾值2.此外，由于 Sn 在 Ge 中的平衡溶解度僅為 1%，因此進(jìn)一步增加 GeSn 中的 Sn 濃度是一個很大的挑戰(zhàn)。因此，基于生長層的 GeSn 激光器在材料生長和激光性能方面都存在瓶頸。
在 Light Science & Application 上發(fā)表的一篇新論文中，由巴黎薩克雷大學(xué)納米科學(xué)和納米技術(shù)中心的 Moustafa El Kurdi 教授和法國 CEA 的同事領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家開發(fā)了一種特定的 GeSn-用于高性能 GeSn 激光器的絕緣體上 (GeSnOI) 技術(shù)。他們通過在硅片上使用鍵合工藝制造了 GeSn-SiN-Al 疊層。然后將 GeSnOI 層圖案化成微盤激光腔。他們證明了這種 GeSnOI 技術(shù)可以同時解決晶格失配界面缺陷、壓縮/拉伸應(yīng)變工程、熱管理和光學(xué)限制。受益于這種通用技術(shù)，他們開發(fā)了具有更低閾值、更高最大激光溫度、更強(qiáng)激光強(qiáng)度的 GeSn 激光器。多功能 GeSnOI 平臺還允許科學(xué)家為多功能平面 GeSn 激光器鋪平道路，例如通過使用 SiN 應(yīng)力層以及復(fù)雜的片上光波工程可調(diào)諧激光波長。通過添加專門設(shè)計的圓形光柵，它們確實顯示了來自 GeSnOI 圓盤諧振器的面內(nèi)激光的回音壁模式的垂直重定向。
標(biāo)簽：
免責(zé)聲明：本文由用戶上傳，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除！