纳米科学和纳米技术中心 扫描电子显微照片:(左)一层锗硅转移到硅衬底上，然后构造成微盘以形成光学腔
在转移过程中，通过蚀刻去除锗硅衬底界面上的锗硅氮化物中的缺陷层
这种转移还可以在锗硅层下面插入一层受力的SiNx层
使用铝层来保持空腔，同时允许激光装置通过衬底进行良好的热冷却
(右)微盘上应变膜的最终共形沉积允许获得应力从SiNx转移到GeSn的“全面”配置
然后锗硅薄膜处于1的拉伸应变下
6%非常均匀地分布在其活性体积中
信用:C2N / M
埃尔库迪& amp亚拉巴马州
计算机芯片中的晶体管是电工作的，但是光可以更快地传输数据
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
纳米科学与纳米技术中心(C2N)的一组物理学家与德国福尔松森特勒姆(Forschungszentrum)和意法半导体(STMicroelectronics)的研究人员合作，实施了一种新的材料工程方法，在应变锗锡(GeSn)合金中制造激光微盘
他们展示了具有第四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
与传统的电子过程相比，光数据传输能够实现显著更高的数据速率和范围，同时使用更少的能量
因此，在数据中心，长度约为1米的光缆是标准配置
未来，将需要光学解决方案来缩短板与板或芯片与芯片之间的数据传输距离
与硅基互补金属氧化物半导体技术兼容的电泵浦激光器是实现极高数据速率的理想选择
锗硅合金有望实现激光等光发射器
这种合金完全基于第四族半导体元素，与硅兼容，可以完全集成到互补金属氧化物半导体制造链中，广泛用于生产主流应用的电子芯片
今天，主要的方法在于在锗硅合金中引入尽可能多的锡(在10-16%范围内)
由此获得的化合物提供了能带结构的直接对准，这使得激光发射成为可能
然而，这种方法有主要缺点:由于硅上的锗(应变弛豫)衬底和富锡锗硅合金之间的晶格失配，在界面处形成非常密集的位错缺陷网络
因此，需要极高密度的功率泵浦(在低温下为数百千瓦/平方厘米)才能达到激光发射状态
扫描电子显微镜图像:锗锡层只有几微米厚，被应用到由氮化硅和铝基组成的“应力层”上，以改善散热(左)，然后涂上氮化硅(右)
将锗-锡化合物沿氮化硅晶格中较宽的原子距离定向会导致嵌入材料中的应力，最终导致光学放大
信用:Forschunszentrum jülich/Nils von den Driesch 物理学家使用基于特定材料工程的不同方法，在完全由电介质氮化硅(SiNx)制成的应力层封装的GeSn合金微盘中获得激光发射
通过这个装置，他们首次证明了合金中的激光发射能够在连续波(cw)激发下工作
激光效应是在连续波和脉冲激发下达到的，与现有技术相比具有超低的阈值
他们的结果发表在《自然光子学》上
这种器件使用300纳米厚的锗氮层，锡含量低至5
4%，其被SiNx应力层封装以产生晶格的拉伸应变
生长的合金层最初是不支持激光效应的间接带隙半导体，并且是非常差的发射器
研究人员表明，通过对其施加拉伸应变，它可以转化为支持激光效应的真正直接的带隙半导体，从而成为有效的发射器
此外，拉伸应变在价带边缘(即轻空穴带)提供了低密度的状态，因此能够降低达到激光作用所需的激发水平
由于锡的浓度低，位错网络不太致密，可以更容易地处理
开发了特定的微盘腔设计，以允许从应力层到有源区的高应变转移，去除界面缺陷，并增强有源区的热冷却
利用这种装置，研究人员首次证明了连续波(cw)激射可达70 K，而脉冲激射可达100 K
工作波长为2的激光器
5μm具有0的超降低阈值
8千瓦/平方厘米(纳秒脉冲光激发), 1
连续光激发下1 kW/cm2
由于这些阈值比文献报道的低2个数量级，该结果为第四族激光在硅光子平台上的集成开辟了一条新的途径
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