美國團隊研發(fā)首個電噴激光器 為硅上集成激光器再邁出一步

  美國阿肯色大學電子工程教授Shui-Qing“Fisher”Yu領導的材料科學研究人員展示了第一個用鍺錫制造的電注入激光器。這種二極管激光器可以更低成本提高微處理速度和效率。研究成果發(fā)表在光學學會雜志《Optica》上。

電注入鍺錫激光器及其功率輸出與電流和光譜特性示意圖

  鍺錫合金是一種很有前途的半導體材料，可以很容易地集成到電子電路中，如計算機芯片和傳感器中的電路。這種材料可以開發(fā)出利用光進行信息傳輸和傳感的低成本、輕質(zhì)量、緊湊和低功耗的電子元器件。

  Yu多年來一直在研究鍺錫，其實驗室的研究人員已經(jīng)證明了這種材料作為一種強大半導體合金的功效。在報道了第一代“光學泵浦”激光器的制造后，即材料被注入了光，Yu和其實驗室的研究人員持續(xù)推進該材料的研究。

Fisher Yu

  鍺錫激光二極管通過工業(yè)標準的化學氣相沉積(CVD)反應器生長在硅基底上。從下到上生長了五個外延層--鍺(Ge)緩沖層、鍺錫(GeSn)緩沖層、鍺錫(GeSn)有源層、硅鍺錫帽和硅鍺錫歐姆接觸層。所有需要的摻雜生長都是通過引入相應的摻雜氣體來完成的。在測試中，該激光器在高達100開爾文的脈沖條件下工作。

(a)激光器橫截面示意圖;(b)基本TE模式的帶狀結(jié)構(gòu)和profile計算

  Yu說：“我們的結(jié)果是基于IV族激光器的重大進步，可作為在硅上集成激光器的一條有前景路線，也是朝著顯著改善電子器件電路邁出的重要一步。”

  包括論文的第一作者-美國阿肯色大學微光電學專業(yè)博士生Yiyin Zhou，以及亞利桑那州立大學、馬薩諸塞大學波士頓分校、新罕布什爾州的達特茅斯學院和賓夕法尼亞州的威爾克斯大學、阿肯色州的半導體設備制造商Arktonics。

  2020年3月底，德國尤里希研究中心聯(lián)合法國納米科學和納米技術(shù)中心(C2N)、意法半導體(ST)和CEA-Leti的研究人員共同研發(fā)出了由鍺和錫制成的可兼容半導體激光器，效率可與傳統(tǒng)硅(Si)上砷化鎵(GaAs)半導體激光器相媲美，向直接將激光器集成到硅上又近了一步。