SiGeSn Laser für die Silizium Photonik

• Antragsteller: Dan Buca, Ph.D.; Professor Giovanni Capellini, Ph.D.; Dr.-Ing. Michael Oehme; Professor Jeremy Witzens, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299480227

Ein elektrisch gepumpter Gruppe-IV-Laser auf Silizium bleibt eines der herausragenden Ziele der Siliziumphotonik. Für dessen Realisierung kommt das ternäre Materialsystem SiGeSn hauptsächlich in Betracht. Während der ersten Förderperiode definierten die Antragsteller den Stand der Technik von SiGeSn-Lasern in mehreren wesentlichen Punkten: Der erste bei tiefen Temperaturen optisch gepumpte GeSn-Laser konnte von der Gruppe von Dr. Dan Buca im Jahr 2015, kurz vor Beginn der ersten Phase des Projekts, demonstriert werden. Seitdem entwickelten die Antragsteller die ersten GeSn-Mikroscheibenlaser und die ersten SiGeSn-Multi-Quantum-Well-Laser. Die nachgewiesene Laserschwelle von 35 kW / cm2 bleibt nach unserem Kenntnisstand auch die niedrigste Schwelle die bisher für SiGeSn-Laser veröffentlicht wurde. Es konnte in dem kommerziellen Halbleitermodellierungs-Tool TCAD von Synopsys eine Modellierungsmethode etabliert und in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen die Softwaremodule angepasst werden. Die ersten elektrooptischen SiGeSn-Bauelemente (LED) wurden in der ersten Projektphase ebenfalls demonstriert.In der beantragten zweiten Förderperiode konzentrieren wir uns auf die Verbesserung des Lasers im Hinblick auf die Realisierung eines elektrisch gepumpten Lasers bei Raumtemperatur. Um dieses Ziel zu erreichen soll das Toolkit um zugverspannte Siliziumnitrid-Mantelschichten erweitert werden, da sich dadurch die Eigenschaften des Verstärkungsmaterials verbessern lassen. Für eine gute elektrische Kontaktierung mit kleinen Serienwiderständen werden möglichst hochdotierte Kontaktschichten epitaktisch gewachsen. Darüber hinaus werden Mikroscheibenlaser mit fast vollständiger Unterschneidung zu Ringlasern mit größerer Kavität bei teilweiser Unterschneidung modifiziert, um die Wärmeableitung zu verbessern und die Ausgangsleistung zu erhöhen.Die Aufgaben der vier beteiligten Forschungseinrichtungen sind klar definiert: die RWTH Aachen ist für die Modellierung, das Forschungszentrum Jülich für das epitaktische Wachstum, die Universität Stuttgart für die Bauelementherstellung und das Leibniz-Institut IHP für die Material- und Bauelementcharakterisierung zuständig.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Zoran Ikonic