GeSn alloys are promising materials for light emitters monolithically grown on silicon. In this work, we demonstrate room temperature (RT) lasing in a GeSn hetero-structure with 17.2% of Sn. We report a threshold of 3.27MWcm2 at 305 K with peak emission at 353 meV. We ascribe these improvements to a higher tin concentration in the GeSn active layer with lower Sn content barriers on each side and to a better thermal dissipation provided by an adapted pedestal architecture beneath the GeSn micro-disk. This outcome is a major milestone for a fully integrated group-IV semiconductor laser on Si.

1.
A.
Gassenq
,
F.
Gencarelli
,
J. V.
Campenhout
,
Y.
Shimura
,
R.
Loo
,
G.
Narcy
,
B.
Vincent
, and
G.
Roelkens
,
Opt. Express
20
,
27297
(
2012
).
2.
M. R. M.
Atalla
,
S.
Assali
,
A.
Attiaoui
,
C.
Lemieux‐Leduc
,
A.
Kumar
,
S.
Abdi
, and
O.
Moutanabbir
,
Adv. Funct. Mater.
31
,
2006329
(
2021
).
3.
H.
Tran
,
T.
Pham
,
J.
Margetis
,
Y.
Zhou
,
W.
Dou
,
P. C.
Grant
,
J. M.
Grant
,
S.
Al-Kabi
,
G.
Sun
,
R. A.
Soref
,
J.
Tolle
,
Y.-H.
Zhang
,
W.
Du
,
B.
Li
,
M.
Mortazavi
, and
S.-Q.
Yu
,
ACS Photonics
6
,
2807
(
2019
).
4.
Y.
Zhou
,
Y.
Zhou
,
Y.
Miao
,
S.
Ojo
,
S.
Ojo
,
H.
Tran
,
G.
Abernathy
,
G.
Abernathy
,
J. M.
Grant
,
J. M.
Grant
,
S.
Amoah
,
G.
Salamo
,
G.
Salamo
,
W.
Du
,
J.
Liu
,
J.
Margetis
,
J.
Tolle
,
Y.
Zhang
,
G.
Sun
,
R. A.
Soref
,
B.
Li
,
S.-Q.
Yu
, and
S.-Q.
Yu
,
Optica
7
,
924
(
2020
).
5.
D.
Rainko
,
Z.
Ikonic
,
A.
Elbaz
,
N.
von den Driesch
,
D.
Stange
,
E.
Herth
,
P.
Boucaud
,
M. E.
Kurdi
,
D.
Grützmacher
, and
D.
Buca
,
Sci. Rep.
9
,
259
(
2019
).
6.
Q. M.
Thai
,
J.
Chretien
,
M.
Bertrand
,
L.
Casiez
,
A.
Chelnokov
,
V.
Reboud
,
N.
Pauc
, and
V.
Calvo
,
Phys. Rev. B
102
,
155203
(
2020
).
7.
S.
Wirths
,
R.
Geiger
,
N.
von den Driesch
,
G.
Mussler
,
T.
Stoica
,
S.
Mantl
,
Z.
Ikonic
,
M.
Luysberg
,
S.
Chiussi
,
J. M.
Hartmann
,
H.
Sigg
,
J.
Faist
,
D.
Buca
, and
D.
Grützmacher
,
Nat. Photonics
9
,
88
(
2015
).
8.
S.
Al-Kabi
,
S. A.
Ghetmiri
,
J.
Margetis
,
T.
Pham
,
Y.
Zhou
,
W.
Dou
,
B.
Collier
,
R.
Quinde
,
W.
Du
,
A.
Mosleh
,
J.
Liu
,
G.
Sun
,
R. A.
Soref
,
J.
Tolle
,
B.
Li
,
M.
Mortazavi
,
H. A.
Naseem
, and
S.-Q.
Yu
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
171105
(
2016
).
9.
J.
Margetis
,
S.
Al-Kabi
,
W.
Du
,
W.
Dou
,
Y.
Zhou
,
T.
Pham
,
P.
Grant
,
S.
Ghetmiri
,
A.
Mosleh
,
B.
Li
,
J.
Liu
,
G.
Sun
,
R.
Soref
,
J.
Tolle
,
M.
Mortazavi
, and
S.-Q.
Yu
,
ACS Photonics
5
,
827
(
2018
).
10.
Y.
Zhou
,
W.
Dou
,
W.
Du
,
S.
Ojo
,
H.
Tran
,
S. A.
Ghetmiri
,
J.
Liu
,
G.
Sun
,
R.
Soref
,
J.
Margetis
,
J.
Tolle
,
B.
Li
,
Z.
Chen
,
M.
Mortazavi
, and
S.-Q.
Yu
,
ACS Photonics
6
,
1434
(
2019
).
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
,
S.
Mantl
,
Z.
Ikonic
,
D.
Grützmacher
,
H.
Sigg
,
J.
Witzens
, and
D.
Buca
,
ACS Photonics
3
,
1279
(
2016
).
12.
V.
Reboud
,
A.
Gassenq
,
N.
Pauc
,
J.
Aubin
,
L.
Milord
,
Q. M.
Thai
,
M.
Bertrand
,
K.
Guilloy
,
D.
Rouchon
,
J.
Rothman
,
T.
Zabel
,
F.
Armand Pilon
,
H.
Sigg
,
A.
Chelnokov
,
J. M.
Hartmann
, and
V.
Calvo
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
092101
(
2017
).
13.
Q. M.
Thai
,
N.
Pauc
,
J.
Aubin
,
M.
Bertrand
,
J.
Chrétien
,
V.
Delaye
,
A.
Chelnokov
,
J.-M.
Hartmann
,
V.
Reboud
, and
V.
Calvo
,
Opt. Express
26
,
32500
(
2018
).
14.
J.
Chrétien
,
N.
Pauc
,
F.
Armand Pilon
,
M.
Bertrand
,
Q.-M.
Thai
,
L.
Casiez
,
N.
Bernier
,
H.
Dansas
,
P.
Gergaud
,
E.
Delamadeleine
,
R.
Khazaka
,
H.
Sigg
,
J.
Faist
,
A.
Chelnokov
,
V.
Reboud
,
J.-M.
Hartmann
, and
V.
Calvo
,
ACS Photonics
6
(
10
),
2462
2469
(
2019
).
15.
A.
Elbaz
,
D.
Buca
,
N.
von den Driesch
,
K.
Pantzas
,
G.
Patriarche
,
N.
Zerounian
,
E.
Herth
,
X.
Checoury
,
S.
Sauvage
,
I.
Sagnes
,
A.
Foti
,
R.
Ossikovski
,
J.-M.
Hartmann
,
F.
Boeuf
,
Z.
Ikonic
,
P.
Boucaud
,
D.
Grützmacher
, and
M. E.
Kurdi
,
Nat. Photonics
14
,
375
382
(
2020
).
16.
D.
Burt
,
H.-J.
Joo
,
Y.
Jung
,
Y.
Kim
,
M.
Chen
,
Y.-C.
Huang
, and
D.
Nam
,
Opt. Express
29
,
28959
(
2021
).
17.
J.
Aubin
,
J. M.
Hartmann
,
A.
Gassenq
,
J. L.
Rouviere
,
E.
Robin
,
V.
Delaye
,
D.
Cooper
,
N.
Mollard
,
V.
Reboud
, and
V.
Calvo
,
Semicond. Sci. Technol.
32
,
094006
(
2017
).
18.
S.
Gupta
,
R.
Chen
,
Y.-C.
Huang
,
Y.
Kim
,
E.
Sanchez
,
J. S.
Harris
, and
K. C.
Saraswat
,
Nano Lett.
13
,
3783
(
2013
).
19.
W. E.
Martinez
,
G.
Gregori
, and
T.
Mates
,
Thin Solid Films
518
,
2585
(
2010
).
20.
W. W.
So
and
C. C.
Lee
,
IEEE Trans. Comp. Packag. Technol.
23
,
377
(
2000
).
21.
P.
Zaumseil
,
Y.
Hou
,
M. A.
Schubert
,
N.
von den Driesch
,
D.
Stange
,
D.
Rainko
,
M.
Virgilio
,
D.
Buca
, and
G.
Capellini
,
APL Mater.
6
,
076108
(
2018
).
22.
D.
Spirito
,
N.
von den Driesch
,
C. L.
Manganelli
,
M. H.
Zoellner
,
A. A.
Corley-Wiciak
,
Z.
Ikonic
,
T.
Stoica
,
D.
Grützmacher
,
D.
Buca
, and
G.
Capellini
,
ACS Appl. Energy Mater.
4
(
7
),
7385
7392
(
2021
).
23.
Ioffe Institute
, see http://www.ioffe.ru/SVA/ for “
New Semiconductor Materials. Characteristics and Properties
” (
2020
).
24.
B.
Wang
,
E.
Sakat
,
E.
Herth1
,
M.
Gromovyi
,
A.
Bjelajac
,
J.
Chaste
,
G.
Patriarche
,
P.
Boucaud
,
F.
Boeuf
,
N.
Pauc
,
V.
Calvo
,
J.
Chrétien
,
M.
Frauenrath
,
A.
Chelnokov
,
V.
Reboud
,
J.-M.
Hartmann
, and
M.
El Kurdi
,
Light: Sci. Appl.
10
,
232
(
2021
).
25.
Scrutinizing lasers
,”
Nat. Photonics
11
,
139
(
2017
).
26.
J.
Liu
,
X.
Sun
,
D.
Pan
,
X.
Wang
,
L. C.
Kimerling
,
T. L.
Koch
, and
J.
Michel
,
Opt. Express
15
,
11272
(
2007
).
27.
Y.
Kim
,
S.
Assali
,
D.
Burt
,
Y.
Jung
,
H.-J.
Joo
,
M.
Chen
,
Z.
Ikonic
,
O.
Moutanabbir
, and
D.
Nam
,
Adv. Opt. Mater.
10
,
2101213
(
2022
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.