硅基连续波 GeSn 发光二极管实现 2.5 μm 室温发射

硅兼容的短波与中波红外发射器对于电子与光子电路的片上单片集成极为渴求，以服务于传感与通信领域的众多应用。为应对这一长期挑战，GeSn 半导体已被提出作为硅集成光电器件的多功能构建模块。就此，本工作展示了由垂直 PIN 双异质结构 p-Ge$_{0.94}$Sn$_{0.06}$/i-Ge$_{0.91}$Sn$_{0.09}$/n-Ge$_{0.95}$Sn$_{0.05}$ 构成的发光二极管（LED），其利用锗中间层与多层 GeSn 缓冲层在外延生长于硅晶圆上。在 DC 与 AC 两种工作模式下，研究了这些直径可变（40–120 $\mu$m 范围）的 GeSn LED 的发射特性。所制备的 LED 在低至 45 A/cm$^2$ 的注入电流密度下，于扩展短波范围展现出以 2.5 $\mu$m 为中心的室温发射。通过比较光致发光与电致发光信号，表明 LED 发射波长不受器件制备工艺或 LED 工作期间发热的影响。此外，测得的光功率随占空比增大而单调增加，表明 DC 工作可获最高可达光功率。文中亦给出并讨论了 LED 的发射剖面与带宽。