MBE生长法制备的Si基1.3微米InAs/GaAs量子点激光器

摘要

硅基光电集成是解决硅芯片上互连速度瓶颈,延续摩尔定律的可选方案之一,但是由于硅、锗都是间接带隙半导体,高效硅基光源的获取成为一个技术难点.Ⅲ-Ⅴ族半导体大多是直接带隙材料,具有优良的发光特性,因而Ⅲ-Ⅴ族与Si的光电集成成为人们关注的热点.在Si上直接外延生长Ⅲ-Ⅴ族半导体材料经常会遇到大晶格失配、界面极性差异和热膨胀系数差异等问题,难以避免地产生大量失配位错、反相畴错等缺陷,严重影响了材料质量和器件性能.零维量子点材料对位错缺陷的敏感度较低，因此Si基Ⅲ-Ⅴ族量子点激光器成为外延生长法制备硅基光源的理想方案，国际上已有成功的先例。本工作在生长了Ge缓冲层的Si(001)衬底上外延生长了GaAs缓冲层，利用GaAs与Ge晶格常数非常接近的特点，生长出表面比较平整、位错缺陷较少的GaAs外延层。然后生长了多周期的应变超晶格位错阻挡层，进一步降低了穿透到外延层上部的位错密度。最后生长了1.3微米InAs/GaAs应变自组织量子点激光器结构，并制备出Si基1.3微米量子点激光器宽条形器件。器件实现了室温脉冲激射，阈值电流800mA（对应阈值电流密度267A/cm2），激光波长1.28微米，脉冲功率最大可达10mW以上。