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基于锗锡的半导体激光器材料物理学

DOI：10.1016/j.matpr.2019.05.048 期刊：Materials Today: Proceedings 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 最近已实现低温下工作的光学泵浦Ge1-ySny激光器。本文综述了Si-Ge-Sn合金体系固有特性对高效激射造成的挑战：首要挑战在于，即便在标称直接带隙的Ge1-ySny材料中，相当比例的泵浦载流子也可能驻留在间接带隙相关能谷中，从而无法参与激射过程。理论计算表明室温下确实存在该现象，这可能解释了激射强烈的温度依赖性。第二个挑战是寻找合适的势垒材料通过空间限制来降低激射阈值功率。我们发现应变层Ge1-ySny/Ge1-y'Sny'多层结构难以形成所需的直接带隙I型能带排列，且由于三元Ge1-x-ySixSny层带间跃迁能量随组分变化的巨大弯曲参数，即便引入该结构也可能无法形成合适的激射体系。
作者： J. Menéndez，P. M. Wallace，C. Xu，C. L. Senaratne，J. D. Gallagher，J. Kouvetakis
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研究概述 实验方案

研究目的

审查Si-Ge-Sn体系中合金固有特性对高效激光器产生的挑战。

研究成果

对Ge1-ySny在室温下的准平衡计算表明，该合金在所有实际组分下仍保持有效的间接带隙半导体特性。通过GeSn量子阱中的量子限制来缓解k空间局域化的努力，因缺乏合适的势垒材料以及三元GeSiSn体系中巨大的弯曲参数而变得复杂。针对该体系的详细实验和理论研究可能推动IV族激光器的进一步发展。

研究不足

该研究的局限性在于缺乏关于GeSiSn体系中能带偏移、形变势以及跃迁组分依赖性的详细理论/实验知识。用于空间限制考量的理论模型的有效性尚未完全确定。

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