Recent demonstrations of optically pumped lasers based on GeSn alloys put forward the prospect of efficient laser sources monolithically integrated on a Si photonic platform. For instance, GeSn layers with 12.5% of Sn were reported to lase at 2.5 μm wavelength up to 130 K. In this work, we report a longer emitted wavelength and a significant improvement in lasing temperature. The improvements resulted from the use of higher Sn content GeSn layers of optimized crystalline quality, grown on graded Sn content buffers using reduced pressure CVD. The fabricated GeSn micro-disks with 13% and 16% of Sn showed lasing operation at 2.6 μm and 3.1 μm wavelengths, respectively. For the longest wavelength (i.e., 3.1 μm), lasing behavior was demonstrated up to 180 K, with a threshold of 377 kW/cm2 at 25 K.

1.
K. A.
Mäder
,
A.
Baldereschi
, and
H.
von Känel
,
Solid State Commun.
69
,
1123
(
1989
).
2.
C. H. L.
Goodman
,
IEE Proc., Solid-State Electron Devices
129
,
189
(
1982
).
3.
S.
Wirths
,
R.
Geiger
,
N.
von den Driesch
,
G.
Mussler
,
T.
Stoica
,
S.
Mantl
,
Z.
Ikonic
,
M.
Luysberg
,
S.
Chiussi
,
J. M.
Hartmann
 et al,
Nat. Photonics
9
,
88
(
2015
).
4.
S.
Gupta
,
E.
Simoen
,
R.
Loo
,
O.
Madia
,
D.
Lin
,
C.
Merckling
,
Y.
Shimura
,
T.
Conard
,
J.
Lauwaert
,
H.
Vrielinck
 et al,
ACS Appl. Mater. Interfaces
8
,
13181
(
2016
).
5.
S.
Wirths
,
D.
Buca
, and
S.
Mantl
,
Prog. Cryst. Growth Charact. Mater.
62
,
1
(
2016
).
6.
D.
Stange
,
S.
Wirths
,
R.
Geiger
,
C.
Schulte-Braucks
,
B.
Marzban
,
N.
von den Driesch
,
G.
Mussler
,
T.
Zabel
,
T.
Stoica
,
J.-M.
Hartmann
 et al,
ACS Photonics
3
,
1279
(
2016
).
7.
S.
Al-Kabi
,
S. A.
Ghetmiri
,
J.
Margetis
,
T.
Pham
,
Y.
Zhou
,
W.
Dou
,
B.
Collier
,
R.
Quinde
,
W.
Du
,
A.
Mosleh
 et al,
Appl. Phys. Lett.
109
,
171105
(
2016
).
8.
T.
Wendav
,
I. A.
Fischer
,
M.
Montanari
,
M. H.
Zoellner
,
W.
Klesse
,
N. V.
Den Driesch
,
M.
Oehme
,
D.
Buca
,
K.
Busch
,
J.
Schulze
 et al,
Appl. Phys. Lett.
108
,
242104
(
2016
).
9.
G. E.
Chang
,
S. W.
Chang
, and
S. L.
Chuang
,
IEEE J. Quantum Electron.
46
,
1813
(
2010
).
10.
Q.
Zhang
,
Y.
Liu
,
J.
Yan
,
C.
Zhang
,
Y.
Hao
, and
G.
Han
,
Opt. Express
23
,
739
(
2015
).
11.
S.
Wirths
,
Z.
Ikonic
,
A. T.
Tiedemann
,
B.
Holländer
,
T.
Stoica
,
G.
Mussler
,
U.
Breuer
,
J. M.
Hartmann
,
A.
Benedetti
,
S.
Chiussi
 et al,
Appl. Phys. Lett.
103
,
192110
(
2013
).
12.
H.
Lin
,
R.
Chen
,
W.
Lu
,
Y.
Huo
,
T. I.
Kamins
, and
J. S.
Harris
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
102109
(
2012
).
13.
S.
Zaima
,
O.
Nakatsuka
,
N.
Taoka
,
M.
Kurosawa
,
W.
Takeuchi
, and
M.
Sakashita
,
Sci. Technol. Adv. Mater.
16
,
043502
(
2015
).
14.
A.
Gassenq
,
L.
Milord
,
J.
Aubin
,
K.
Guilloy
,
S.
Tardif
,
N.
Pauc
,
J.
Rothman
,
A.
Chelnokov
,
J.
Hartmann
,
V.
Reboud
 et al,
Appl. Phys. Lett.
109
,
242107
(
2016
).
15.
L. S.
Rothman
,
I. E.
Gordon
,
A.
Barbe
,
D. C.
Benner
,
P. F.
Bernath
,
M.
Birk
,
V.
Boudon
,
L. R.
Brown
,
A.
Campargue
,
J.-P.
Champion
 et al,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
110
,
533
(
2009
).
16.
J.
Hodgkinson
and
R. P.
Tatam
,
Meas. Sci. Technol.
24
,
012004
(
2013
).
17.
Y.
Rouillard
,
Proc. SPIE
5738
,
120
(
2005
).
18.
P.
Laffaille
,
J. C.
Moreno
,
R.
Teissier
,
M.
Bahriz
, and
A. N.
Baranov
,
AIP Adv.
2
,
022119
(
2012
).
19.
I.
Vurgaftman
,
W. W.
Bewley
,
C. L.
Canedy
,
C. S.
Kim
,
M.
Kim
,
C. D.
Merritt
,
J.
Abell
, and
J. R.
Meyer
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
19
,
1200210
(
2013
).
20.
E.
Ryckeboer
,
A.
Gassenq
,
M.
Muneeb
,
N.
Hattasan
,
S.
Pathak
,
L.
Cerutti
,
J. B.
Rodriguez
,
E.
Tournié
,
W.
Bogaerts
,
R.
Baets
 et al,
Opt. Express
21
,
6101
(
2013
).
21.
M.
Muneeb
,
A.
Vasiliev
,
A.
Ruocco
,
A.
Malik
,
H.
Chen
,
M.
Nedeljkovic
,
J. S.
Penades
,
L.
Cerutti
,
J. B.
Rodriguez
,
G. Z.
Mashanovich
 et al,
Opt. Express
24
,
9465
(
2016
).
22.
V.
Reboud
,
A.
Gassenq
,
J. M.
Hartmann
,
J.
Widiez
,
L.
Virot
,
J.
Aubin
,
K.
Guilloy
,
S.
Tardif
,
J. M.
Fédéli
,
N.
Pauc
,
A.
Chelnokov
 et al,
Prog. Cryst. Growth Charact. Mater.
63
,
1
24
(
2017
).
23.
J.
Aubin
,
J. M.
Hartmann
,
A.
Gassenq
,
J. L.
Rouvière
,
E.
Robin
,
V.
Delaye
,
D.
Cooper
,
N.
Mollard
,
V.
Reboud
, and
V.
Calvo
,
Semicond. Sci. Technol.
(published online).
24.
J.
Aubin
,
J. M.
Hartmann
,
M.
Bauer
, and
S.
Moffatt
,
J. Cryst. Growth
445
,
65
(
2016
).
25.
J.
Aubin
,
J. M.
Hartmann
,
J. P.
Barnes
,
J. B.
Pin
, and
M.
Bauer
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
6
,
21
(
2017
).
26.
A.
Gassenq
,
L.
Milord
,
J.
Aubin
,
N.
Pauc
,
K.
Guilloy
,
J.
Rothman
,
D.
Rouchon
,
A.
Chelnokov
,
J.-M.
Hartmann
,
V.
Reboud
 et al,
Appl. Phys. Lett.
110
,
112101
(
2017
).
27.
N.
Bhargava
,
M.
Coppinger
,
J. P.
Gupta
,
L.
Wielunski
, and
J.
Kolodzey
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
041908
(
2013
).
28.
R.
Chen
,
S.
Gupta
,
Y.-C.
Huang
,
Y.
Huo
,
C. W.
Rudy
,
E.
Sanchez
,
Y.
Kim
,
T. I.
Kamins
,
K. C.
Saraswat
, and
J. S.
Harris
,
Nano Lett.
14
,
37
(
2014
).
29.
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
39
,
1871
(
1989
).
30.
M. P. C. M.
Krijn
,
Semicond. Sci. Technol.
6
,
27
(
1991
).
31.
A.
Gassenq
,
K.
Guilloy
,
N.
Pauc
,
J.
Hartmann
,
G. O.
Dias
,
D.
Rouchon
,
S.
Tardif
,
J.
Escalante
,
I.
Duchemin
,
Y.
Niquet
 et al,
Thin Solid Films
613
,
64
(
2016
).
32.
L.
Milord
,
J.
Aubin
,
A.
Gassenq
,
K.
Guilloy
,
N.
Pauc
,
J. M.
Hartmann
,
A.
Chelnokov
,
V.
Calvo
, and
V.
Reboud
,
Proc. SPIE
10108
,
Silicon Photonics XII, 101080C
(
2017
).
33.
S.
Gupta
,
R.
Chen
,
Y.-C.
Huang
,
Y.
Kim
,
E.
Sanchez
,
J. S.
Harris
, and
K. C.
Saraswat
,
Nano Lett.
13
,
3783
(
2013
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.