在 300 mm CMOS 试产线上全制程制造的 GaAs 纳米脊激光二极管
光学
2023-09-12 v1 应用物理
摘要
硅光子学是一项快速发展的技术，有望彻底改变我们通信、计算和感知世界的方式。然而，缺乏高度可扩展的原生 CMOS 集成光源是阻碍其广泛应用的主要因素之一。尽管在硅上混合与异质集成 III-V 光源方面取得了显著进展，但通过 III-V 材料直接外延生长实现单片集成仍是实现高性价比片上光源的巅峰。在此，我们报道了首个电驱动的、在 300 mm Si 晶圆上于 CMOS 试产线全制程制造的基于 GaAs 的多量子阱激光二极管。利用高宽比捕获的选择区域外延，在晶圆尺度上高质量生长出嵌入 p-i-n 二极管、InGaAs 量子阱和 InGaP 钝化层的 GaAs 纳米脊波导。经过 III-V 端面图形化和标准 CMOS 接触金属化后，在晶圆上超过三百个器件中实现了室温连续波激射，波长约 1020 nm，阈值电流低至 5 mA，输出功率超过 1 mW，激光线宽低至 46 MHz，且激光工作温度可达 55 {\deg}C。这些结果展示了 III-V/Si 纳米脊工程概念用于硅光子平台中激光二极管单片集成的潜力，可赋能未来对成本敏感的大批量光学传感、互连等应用。
引用
@article{arxiv.2309.04473,
title = {GaAs nano-ridge laser diodes fully fabricated in a 300 mm CMOS pilot line},
author = {Yannick De Koninck and Charles Caer and Didit Yudistira and Marina Baryshnikova and Huseyin Sar and Ping-Yi Hsieh and Saroj Kanta Patra and Nadezda Kuznetsova and Davide Colucci and Alexey Milenin and Andualem Ali Yimam and Geert Morthier and Dries Van Thourhout and Peter Verheyen and Marianna Pantouvaki and Bernardette Kunert and Joris Van Campenhout},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.04473},
year = {2023}
}
备注
40 pages with 16 figures. pdf includes supplementary information