Jüngste Fortschritte im epitaxialen Wachstum von versetzungs-toleranten und versetzungsfreien III–V-Lasern auf Silizium

Zusammenfassung Die epitaxiale Integration von III–V optischen Funktionalitäten auf Silizium (Si) ist der Schlüssel zur Ergänzung der aktuellen Si-Photonik und erleichtert die Entwicklung skalierbarer, kompakter photonischer integrierter Schaltungen. Hierbeabsichtigen wir, dieses Gebiet umreißen, wobei der Fokus auf den III–V Halbleitermaterialien und den auf Si gewachsenen III–V-Lasern liegt. Dieses Papier ist in zwei Hauptteile unterteilt: Im ersten Teil diskutieren wir III–V Materialien, die auf Si gewachsen sind, einschließlich der niedrig-index hhl Facetten, (001) Si-Oberfläche und Antiphasegrenze sowie Versetzungsingenieurwesen. Der zweite Teil konzentriert sich auf III–V-Laser, die auf Si gewachsen sind: Wir werden zunächst III–V-Laser diskutieren, die hoch tolerant gegenüber Versetzungen sind, einschließlich Quantenpunkt/-strich-Diodenlaser, Interband-Kaskade und Quantenkaskadenlaser, die auf Si von nahinfrarot bis langwelligem Infrarot gewachsen wurden. Anschließend gehen wir zu der selektiven Heteroepitaxie von III–V mit niedriger Versetzungsdichte für die pufferlosen Laser über. Schließlich überprüfen wir die auf Si gewachsenen III–V-Nanodraht-photonischen Kristalllaser, die einen anderen Ansatz bieten, um Materialanpassungen zu überwinden und versetzungsfreie III–V-Strukturen auf Silizium zu erzeugen. Wir beginnen mit einer kurzen Einführung in die jüngsten Fortschritte jeder Technologie, gefolgt von einer Diskussion über ihre wichtigsten Vorteile, Forschungsherausforderungen und -möglichkeiten.