We demonstrate lasing in an optically pumped GeSn photonic crystal membrane with 16% of Sn. A guided band-edge mode lased up to 60 K. A good agreement was found between experimental and calculated reduced mode frequencies of the photonic crystal. The active Ge0.84Sn0.16 layer was grown on a step-graded GeSn buffer, limiting thereby the density of misfit dislocations. The thresholds obtained (227 kW/cm2 at 15 K to 340 kW/cm2 at 60 K) were comparable to our previous works on suspended microdisks, highlighting the robustness of the GeSn optical gain against potential surface recombination effects stemming from a high surface-to-volume ratio.
References
1.
A.
Georgakilas
, J.
Stoemenos
, K.
Tsagaraki
, P.
Komninou
, N.
Flevaris
, P.
Panayotatos
, and A.
Christou
, J. Mater. Res.
8
, 1908
–1921
(1993
).2.
K.
Morizane
, J. Cryst. Growth
38
, 249
–254
(1977
).3.
Y.
Bogumilowicz
, J. M.
Hartmann
, R.
Cipro
, R.
Alcotte
, M.
Martin
, F.
Bassani
, J.
Moeyaert
, T.
Baron
, J. B.
Pin
, and X.
Bao
, Appl. Phys. Lett.
107
, 212105
(2015
).4.
J.
Liu
, X.
Sun
, R.
Camacho-Aguilera
, L. C.
Kimerling
, and J.
Michel
, Opt. Lett.
35
, 679
–681
(2010
).5.
M.
de Kersauson
, M.
El Kurdi
, S.
David
, X.
Checoury
, G.
Fishman
, S.
Sauvage
, R.
Jakomin
, G.
Beaudoin
, I.
Sagnes
, and P.
Boucaud
, Opt. Express
19
, 17925
–17934
(2011
).6.
D.
Nam
, D. S.
Sukhdeo
, J. H.
Kang
, J.
Petykiewicz
, J. H.
Lee
, W. S.
Jung
, J.
Vuckovic
, M. L.
Brongersma
, and K. C.
Saraswat
, Nano Lett.
13
, 3118
–3123
(2013
).7.
M. J.
Suess
, R.
Geiger
, A. R.
Minamisawa
, G.
Schiefler
, J.
Frigerio
, D.
Chrastina
, G.
Isella
, R.
Spolenak
, J.
Faist
, and H.
Sigg
, Nat. Photonics
7
, 466
–472
(2013
).8.
A.
Gassenq
, K.
Guilloy
, G.
Osvaldo-Dias
, N.
Pauc
, D.
Rouchon
, J. M.
Hartmann
, J.
Widiez
, S.
Tardif
, F.
Rieutord
, J.
Escalante
et al, Appl. Phys. Lett.
107
, 191904
(2015
).9.
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
–92
(2015
).10.
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
).11.
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
–1285
(2016
).12.
V.
Reboud
, A.
Gassenq
, N.
Pauc
, J.
Aubin
, L.
Milord
, Q. M.
Thai
, M.
Bertrand
, K.
Guilloy
, D.
Rouchon
, J.
Rothman
et al, Appl. Phys. Lett.
111
, 092101
(2017
).13.
J.
Margetis
, S.
Al-Kabi
, W.
Du
, W.
Dou
, Z.
Yiyin
, T.
Pham
, P.
Grant
, S. A.
Ghetmiri
, M.
Aboozar
, B.
Li
et al, ACS Photonics
5
, 827
–833
(2018
).14.
J.
Vuckovic
, M.
Loncar
, H.
Mabuchi
, and A.
Scherer
, Phys. Rev. E
65
, 016608
(2001
).15.
J.
Huh
, J.-K.
Hwang
, H.-Y.
Ryu
, and Y.-H.
Lee
, J. Appl. Phys.
92
(12
), 654
–659
(2002
).16.
H.-Y.
Ryu
, M.
Notomi
, and Y.-H.
Lee
, Appl. Phys. Lett.
83
(121
), 4294
–4296
(2003
).17.
D. G.
Gevaux
, A. J.
Bennett
, R. M.
Stevenson
, A. J.
Shields
, P.
Atkinson
, J.
Griffiths
, D.
Anderson
, G. A. C.
Jones
, and D. A.
Ritchie
, Appl. Phys. Lett.
88
, 131101
(2006
).18.
M.
Meier
, A.
Mekis
, A.
Dodabalapur
, A.
Timko
, R. E.
Slusher
, J. D.
Joannopoulos
, and O.
Nalamasu
, Appl. Phys. Lett.
74
, 7
(1999
).19.
V.
Reboud
, J.
Romero-Vivas
, P.
Lovera
, N.
Kehagias
, T.
Kehoe
, G.
Redmond
, and C. M.
Sotomayor Torres
, Appl. Phys. Lett.
102
, 073101
(2013
).20.
M.
Imada
, S.
Noda
, A.
Chutinan
, T.
Tokuda
, M.
Murata
, and G.
Sasaki
, Appl. Phys. Lett.
75
, 316
(1999
).21.
S.
Noda
, M.
Yokoyama
, M.
Imada
, A.
Chutinan
, and M.
Mochizuki
, Science
293
, 1123
–1125
(2001
).22.
J.
Mouette
, C.
Seassal
, X.
Letartre
, P.
Rojo-Romeo
, J. L.
Leclercq
, P.
Regreny
, P.
Viktorovitch
, E.
Jalaguier
, P.
Perreau
, and H.
Moriceau
, Electron. Lett.
39
, 526
–527
(2003
).23.
D.
Ohnishi
, T.
Okano
, M.
Imada
, and S.
Noda
, Opt. Express
12
, 1562
–1568
(2004
).24.
S.
Kim
, S.
Ahn
, K.
Min
, S.
Kim
, H.
Jeon
, P.
Regreny
, and C.
Seassal
, Appl. Phys. Express
6
, 042703
(2013
).25.
A.
Gassenq
, L.
Milord
, J.
Aubin
, K.
Guilloy
, S.
Tardif
, N.
Pauc
, J.
Rothman
, A.
Chelnokov
, J. M.
Hartmann
, V.
Reboud
, and V.
Calvo
, Appl. Phys. Lett.
109
, 242107
(2016
).26.
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.
32
, 094006
(2017
).27.
S.
Takeuchi
, Y.
Shimura
, O.
Nakatsuka
, S.
Zaima
, M.
Ogawa
, and A.
Sakai
, Appl. Phys. Lett.
92
, 231916
(2008
).28.
S.
Gupta
, R.
Chen
, Y. C.
Huang
, Y.
Kim
, E.
Sanchez
, J. S.
Harris
, and K. C.
Saraswat
, Nano Lett.
13
, 3783
–3790
(2013
).29.
L.
Milord
, J.
Aubin
, A.
Gassenq
, S.
Tardif
, K.
Guilloy
, N.
Pauc
, J.
Rothman
, A.
Chelnokov
, J. M.
Hartmann
, V.
Calvo
, and V.
Reboud
, Proc. SPIE
10108
, 101080C
(2017
).30.
CEA, unpublished.
31.
B.
Cluzel
, V.
Calvo
, T.
Charvolin
, E.
Picard
, P.
Noé
, and E.
Hadji
, Appl. Phys. Lett.
89
, 201111
(2006
).32.
B.
Cluzel
, N.
Pauc
, V.
Calvo
, T.
Charvolin
, and E.
Hadji
, Appl. Phys. Lett.
88
, 133120
(2006
).33.
D.
Stange
, N.
von den Driesch
, D.
Rainko
, T.
Zabel
, B.
Marzban
, Z.
Ikonic
, P.
Zaumseil
, G.
Capellini
, S.
Mantl
, J.
Witzens
et al, 2017 IEEE International Electron Devices Meeting
(2017
), pp. 24.2.1
–24.2.4
.© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
