인장 스트레인, n형 게르마늄을 이용한 실리콘의 단일 레이저 통합을 위한 이득 매체

우리는 실리콘 적합 레이저 응용을 위한 인장 스트레인, n형 게르마늄 물질의 광학적 이득을 분석합니다. 비스트레인 게르마늄의 밴드 구조는 직접 밸리(감마)보다 136 meV 낮은 간접 전도 밴드 밸리(L)를 나타냅니다. 적절한 스트레인과 n형 도핑 공학은 게르마늄의 직접 밴드갭에서 인구 역전을 효과적으로 제공할 수 있습니다. 인장 스트레인은 L 밸리와 감마 밸리 간의 차이를 감소시키는 반면, n형 도핑에서 유도된 외인 전자는 남은 에너지 차이를 보상하기 위해 L 밸리를 감마 밸리 수준까지 채웁니다. 우리의 모델링에 따르면 0.25%의 인장 스트레인과 n형 도핑에 의한 7.6x10(19)/cm(3)의 외인 전자 밀도의 조합으로 인해 자유 전자 흡수 손실에도 불구하고 게르마늄의 직접 밴드갭 전이에 의해 ~400 cm(-1)의 순 물질 이득을 얻을 수 있습니다. 레이저를 위한 임계 전류 밀도는 전형적인 엣지 방출 이중 이종 접합 구조에서 ~6kA cm(-2)로 추정됩니다. 이러한 결과는 인장된 n형 게르마늄이 실리콘 통합 레이저에 적합한 후보임을 나타냅니다.