Si的光子集成电路,其中光学组件是单层集成在SI集成电路上的,有望在未来的信息和通信技术基础架构中占主导地位。由主动组件和被动组件组成的SI光子(SIPH)技术已经在大量应用中广泛使用,范围从DataCom到检测系统。最近,SIPH进入了集成量子技术,光学计算和人工智能的新兴领域中的低温应用技术平台。尽管如此,可以仅使用组IV半导体制造的有效的电泵光源仍然是一个重大挑战。通过将半金属的替代掺入替换为GE晶格而获得的新型GESN和Sigesn半导体可获得比其他组IV型半导体合金提供的一些优势:通过正确选择合金组成和外部材料,这些材料将这些材料转化为基本直接型号的单个型号bardgap semiciccaptors。第四组通常缺少的此属性使(SI)GESN系统对有效的光源非常有吸引力。使用该材料系统,近年来达到了IV激光的主要里程碑,例如光学抽水散装和多Quantum Wells(MQW)激光器的激光器,直至室温。
Si 基光子集成电路 (PIC) 将光学活性元件单片集成在芯片上,正在改变下一代信息和通信技术基础设施 1。在寻找基本的直接带隙的过程中,人们对 IV 族半导体合金进行了深入研究,以获得电泵浦连续波 Si 基激光器。沿着这条路径,已经证明可以通过化学计量和应变工程将新开发的 GeSn/SiGeSn 异质结构的电子带结构调整为直接带隙量子结构,从而为激光提供光增益 2。在本文中,我们介绍了一种多功能电泵浦激光器,它在低温下发射近红外波长为 2.35 µm 的低阈值电流为 4 mA(5 kA/cm 2)。它基于 6 周期 SiGeSn/GeSn 多量子阱结构,沉积在具有弛豫 Ge 缓冲层的 Si 衬底上。通过定义一个圆形台面结构来制作小尺寸微盘腔激光器,该结构蚀刻穿过层堆栈直至 Si 衬底。随后,通过去除此区域的 Ge 缓冲层,将盘的边缘蚀刻 900 nm。剩余的 Ge 基座用作 p 接触区以及激光器的散热器(图 1 a、b)。在这个简单的结构中,由于 SiGeSn 的导热性较差,有源区的实际晶格温度比热浴 T b 高约 60K。但是,激光器在 T b =40K 以下以连续波 (CW) 模式工作,但也可以在 T b =77K 时以直接调制模式高效工作至 ns 脉冲。
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