硅上 III-V 激光器热膨胀诱发位错的缺陷过滤
应用物理
2020-09-23 v3 材料科学
摘要
用于硅光子的外延集成 III-V 半导体激光器有潜力极大地改变信息网络，但即便在缺陷容忍的基于 InAs 量子点（QD）的激光器中，目前位错仍限制着性能与可靠性。尽管低于临界厚度，这些器件中的 QD 层仍含有先前无法解释的不匹配位错，其促进了非辐射复合。我们在此证明，这些不匹配位错是在生长后冷却过程中由于（1）III-V 层与硅之间的热膨胀失配以及（2）有源区中的析出物和合金硬化共同作用而形成的。通过引入额外的亚临界厚度、铟合金化的不匹配位错捕获层，我们利用这些机械硬化效应为己所用，在模型结构中成功将 95% 的不匹配位错从 QD 层移出。与传统的位错缓解策略不同，该捕获层既不减少穿透位错的数量，也不减少不匹配位错的数量。它只是将不匹配位错的位置从 QD 层移开，从而降低缺陷对发光的影响。在完整激光器中，在 QD 有源区上下均添加不匹配位错捕获层可移开不匹配位错并显著改善性能：我们测得激光阈值电流减半，输出功率增加超过三倍。我们的结果表明，采用传统穿透位错减少技术与优化不匹配位错捕获层的器件，可能最终带来完全集成、具有商业可行性的硅基光子集成电路。
引用
@article{arxiv.2005.06066,
title = {Defect filtering for thermal expansion induced dislocations in III-V lasers on silicon},
author = {Jennifer Selvidge and Justin Norman and Eamonn T. Hughes and Chen Shang and Daehwan Jung and Aidan A. Taylor and MJ Kennedy and Robert Herrick and John E. Bowers and Kunal Mukherjee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.06066},
year = {2020}
}
备注
9 pages, 6 figures