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 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.
References
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
).© 2022 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2022
Author(s)
You do not currently have access to this content.