美國團隊研發首個電噴激光器 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。這種材料可以開發出利用光進行信息傳輸和傳感的低成本、輕質量、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推進該材料的研究。

Fisher Yu

  鍺錫激光二極管通過工業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模式的帶狀結構和profile計算

  Yu說：“我們的結果是基于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合法國納米科學和納米技術中心(C2N)、意法半導體(ST)和CEA-Leti的研究人員共同研發出了由鍺和錫制成的可兼容半導體激光器，效率可與傳統硅(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。