GeSn中的第一个超低阈值连续波激光

时间:2020-03-25 18:39 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

GeSn中的第一个超低阈值连续波激光

计算机芯片中的晶体管是电性工作的,但光能更快地传输数据。因此,研究人员长期以来一直在寻找一种将激光直接集成到硅芯片中的方法。纳米科学和纳米技术中心(C2N)的一组物理学家与德国的Forschungszentrum Julich (FZJ)和STMicroelectronics的研究人员合作,实现了一种新的材料工程方法,在一种应变的锗锡合金(GeSn)中制造激光微盘。他们展示了一种IV族化合物的激光装置,与硅兼容,在超低阈值和连续波激励下工作。

与传统的电子处理相比,光学数据传输可以实现更高的数据速率和范围,同时消耗更少的能量。因此,在数据中心,长度约为1米的光缆是标准的。在未来,光解决方案将需要更短的距离来传输数据从板到板或芯片到芯片。一种与硅基CMOS技术兼容的电抽运激光器将是实现非常高数据率的理想选择。

石膏合金是实现激光等光发射器件的理想材料。该合金完全基于IV族半导体元素,与硅兼容,可以完全集成在CMOS制造链中,广泛用于生产主流应用的电子芯片。今天,主要的方法是在GeSn合金中引入尽可能多的锡(在10-16%的范围内)。所获得的化合物因此提供了能带结构的直接对准,从而使激光发射成为可能。然而,这种方法有很大的缺点:由于硅上的锗(应变松弛)基片与富含sn的GeSn合金之间的晶格失配,在界面处形成了非常致密的位错缺陷网络。因此,需要极高的功率泵浦密度(在低温下为数百千瓦/平方厘米)才能达到激光发射状态。

利用一种基于特殊材料工程的不同方法,物理学家获得了在由介质氮化硅(SiNx)制成的应力层完全封装的石膏合金微盘中的激光发射。利用该装置,他们首次演示了在连续波(cw)激励下合金的激光发射。激光效应是在连续波和脉冲激励下达到的,与目前的技术水平相比,具有超低的阈值。他们的研究结果发表在《自然光子学》杂志上。

该装置使用了300纳米厚的石膏层,锡含量低至5.4%,该层被SiNx应力源层包裹,产生晶格的拉伸应变。生长的合金层最初是一个间接的带隙半导体,不支持激光效应,是一个非常差的发射器。研究人员证明,通过施加拉伸应变,它可以转变成真正的直接带隙半导体,从而支持激光效应,从而成为一个有效的发射器。此外,在价带边缘,即光空穴带,拉伸应变提供了一个低密度的状态,从而降低所需的激发水平,以达到激光作用。由于锡的浓度较低,位错网络的密度较低,更容易处理。设计了一个特殊的微盘腔,允许高应变从应力层转移到活动区域,消除了界面缺陷,并增强了活动区域的热冷却。

通过这个装置,研究人员首次演示了高达70k的连续波激光,而在高达100k的温度下脉冲激光也可以达到。激光操作在一个波长的2.5μm ultra-reduced阈值的0.8千瓦/ cm2 nanosecond-pulsed光激发,和1.1千瓦/ cm2 cw光激发下。由于这些阈值比文献报道的低2个数量级,结果为IV组激光在Si-photonic平台上的集成开辟了一条新途径。

当前位置:主页 > 物理知识 >

声明:本文杏鑫娱乐整理不代表个人观点,转载请注明原文,点击还能查看更多的文章;本文网址: http://www.kozbods.com/wuli/969.html

围观: 次 | 责任编辑:杏鑫

延伸阅读

SEO关键字



回到顶部