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一种新型GeSnOI中红外激光技术 | OE NEWS

光电汇OESHOW

2021-12-03

导读：成功将激光器集成到CMOS芯片中

在过去的几十年中，低成本且与CMOS兼容的硅基光子技术取得了重大进展，特别是在数据通信应用和高速光链路方面。然而，单片集成硅光子电路的一个主要瓶颈是缺乏与CMOS兼容的激光器。

迄今为止，III-V族激光器是集成平台上最标准、最可靠的光源，但这类激光器与CMOS工艺的不兼容不仅增加了生产成本还是其集成更为复杂化。GeSn半导体合金是近年来发现可以与CMOS兼容的中红外激光器制造材料之一，且与Ge相比，GeSn合金具有窄带隙，更适合将光子波长从近红外到中红外转移，是一种极具前途的低成本片上激光器材料。然而，这种不断发展的激光技术却受到许多限制，例如较差的光学限制、缺乏应变、热和缺陷管理等。

为此，巴黎萨克雷大学纳米科学和纳米技术中心的Moustafa El Kurdi等人开发了一种绝缘体上的锗锡（GeSnOI）技术，该技术结合了缺陷、应变、电子带、模态和热工程的相关技术，成功将激光器集成到CMOS芯片中，最大程度的在降低成本的同时还简化了与硅芯片制造链的集成。

GeSnOI微盘激光腔的设计和制造

自2015年首次展示GeSn激光器以来，研究一直集中在GeSn激光器上，该激光器基于硅上Ge应变弛豫缓冲层上生长的GeSn层而设计。这就导致了GeSn和Ge之间的晶格失配，进而导致压缩应变并降低了GeSn合金的光学增益特性，甚至可以将GeSn合金的能带结构从直接改变为间接，从而消除增益特性。

针对这种问题，研究人员采取了一种新型方法，即首先使用硅晶片上的键合工艺对锗锡-氮化硅-铝（GeSn-SiN-Al）叠层进行制备，然后将GeSnOI层图案化成微盘激光腔。该团队证明这种GeSnOI技术可以有效解决晶格失配界面缺陷、压缩/拉伸应变工程、热管理和光学限制等问题。利用这项技术，该团队开发了一种阈值更低、最高激光温度更高、激光强度更强的GeSn激光器，其实验结果表明，传统的生长的GeSn方法相比，新型激光器的激光强度提高了60倍，最大激光温度提高了55K，并对其阈值进行了降低。

因此，其团队表示这种新型GeSnOI的技术方法可以将光子平台的集成源于复杂的光波工程相结合，有望成为开发硅基中红外光子学的关键技术。

本文由光电汇编辑王越根据photonics内容编译，如需转载请注明。