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.

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
.
You do not currently have access to this content.