电注入 GeSn 激光器在 90 K 下峰值波长可达 2.7 微米
应用物理
2020-09-28 v1
摘要
GeSn 激光器利用全 IV 族直接带隙材料实现了 Si 平台上激光器的单片集成。尽管光泵浦 GeSn 激光器已取得显著进展，电注入激光器的研究最近才刚刚起步。本工作中，我们对具有不同层厚度和材料组分的电注入 GeSn 异质结构激光器进行了探索性研究。帽层总厚度在 240 至 100 nm 之间变化。在 10 K 下，由于与 GeSn 增益区模式重叠的改善，240 nm SiGeSn 帽层器件的阈值电流密度 Jth = 0.6 kA/cm²，而 100 nm SiGeSn 帽层器件的 Jth = 1.4 kA/cm²。两种器件的最高工作温度均为 Tmax = 100 K。我们还比较了分别采用 Si0.03Ge0.89Sn0.08 和 Ge0.95Sn0.05 帽层的器件。由于载流子（电子）限制效果较差，240 nm GeSn 帽层器件具有更高的阈值 Jth = 2.4 kA/cm² 和更低的最高工作温度 Tmax = 90 K，而 240 nm SiGeSn 帽层器件的 Jth = 0.6 kA/cm²、Tmax = 100 K。在有源区材料研究中，Ge0.85Sn0.15 有源区器件的 Jth 高出 2.3 倍、Tmax 低 10 K，相较于有源区为 Ge0.89Sn0.11 的器件。这很可能源于 Ge0.85Sn0.15 中较高的缺陷密度，而非本征问题。测得最长激射波长为 2682 nm（90 K）。这些研究为未来 GeSn 激光二极管的结构设计以提升性能提供了指导。
引用
@article{arxiv.2009.12229,
title = {Electrically injected GeSn lasers with peak wavelength up to 2.7 micrometer at 90 K},
author = {Yiyin Zhou and Solomon Ojo and Yuanhao Miao and Huong Tran and Joshua M. Grant and Grey Abernathy and Sylvester Amoah and Jake Bass and Gregory Salamo and Wei Du and Jifeng Liu and Joe Margetis and John Tolle and Yong-Hang Zhang and Greg Sun and Richard A. Soref and Baohua Li and Shui-Qing Yu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.12229},
year = {2020}
}
备注
21 pages, 5 figures, and 2 tables