美国阿肯色大学电子工程教授Shui-Qing“Fisher”Yu领导的材料科学研究人员展示了第一个用锗锡制造的电注入激光器。这种二极管激光器可以更低成本提高微处理速度和效率。研究成果发表在光学学会杂志《Optica》上。
电注入锗锡激光器及其功率输出与电流和光谱特性示意图
锗锡合金是一种很有前途的半导体材料,可以很容易地集成到电子电路中,如计算机芯片和传感器中的电路。这种材料可以开发出利用光进行信息传输和传感的低成本、轻质量、紧凑和低功耗的电子元器件。
Yu多年来一直在研究锗锡,其实验室的研究人员已经证明了这种材料作为一种强大半导体合金的功效。在报道了第一代“光学泵浦”激光器的制造后,即材料被注入了光,Yu和其实验室的研究人员持续推进该材料的研究。
Fisher Yu
锗锡激光二极管通过工业标准的化学气相沉积(CVD)反应器生长在硅基底上。从下到上生长了五个外延层--锗(Ge)缓冲层、锗锡(GeSn)缓冲层、锗锡(GeSn)有源层、硅锗锡帽和硅锗锡欧姆接触层。所有需要的掺杂生长都是通过引入相应的掺杂气体来完成的。在测试中,该激光器在高达100开尔文的脉冲条件下工作。
(a)激光器横截面示意图;(b)基本TE模式的带状结构和profile计算
Yu说:“我们的结果是基于IV族激光器的重大进步,可作为在硅上集成激光器的一条有前景路线,也是朝着显著改善电子器件电路迈出的重要一步。”
包括论文的第一作者-美国阿肯色大学微光电学专业博士生Yiyin Zhou,以及亚利桑那州立大学、马萨诸塞大学波士顿分校、新罕布什尔州的达特茅斯学院和宾夕法尼亚州的威尔克斯大学、阿肯色州的半导体设备制造商Arktonics。
2020年3月底,德国尤里希研究中心联合法国纳米科学和纳米技术中心(C2N)、意法半导体(ST)和CEA-Leti的研究人员共同研发出了由锗和锡制成的可兼容半导体激光器,效率可与传统硅(Si)上砷化镓(GaAs)半导体激光器相媲美,向直接将激光器集成到硅上又近了一步。