研究目的
展示了一种以II型砷化镓/锑化镓量子环（GaSb/GaAs QRs）为增益介质的超紧凑型半导体激光器，该激光器采用高品质光子晶体圆形纳米梁腔。
研究成果
该研究成功展示了一种基于II型GaSb/GaAs量子环的PhC圆形纳米梁激光器，具有高达114K的高特征温度，适用于光子集成电路和生物检测应用。GaSb/GaAs量子环的长寿命发光及PhC腔体设计促成了所观察到的激光性能。
研究不足
该实验在80 K的低温下进行，由于II型能带排列结构，II型GaSb/GaAs量子环的激光性能相较于I型III-V增益材料效率相对较低。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用以GaSb/GaAs量子环为增益介质的高品质光子晶体圆形纳米梁腔。该设计旨在实现小模体积并与量子环发射的光子产生显著耦合。
2：样品选择与数据来源：
制备了峰值发射波长约1μm的GaSb/GaAs量子环外延晶圆。在制作光子晶体圆形纳米梁腔之前，对未加工晶圆进行了光致发光(PL)和时间分辨光致发光(TRPL)测量。
3：实验设备与材料清单：
制备过程包括电子束光刻、使用CHF3/O2和Ar/SiCl4气体的干法刻蚀步骤，以及HF溶液的湿法刻蚀。光学表征使用配备低温恒温器、850nm二极管激光器和光谱分析仪的自制微区光致发光系统进行。
4：实验流程与操作步骤：
在衬底外延晶圆上制作光子晶体圆形纳米梁腔。通过PL和TRPL测量研究其光学特性，在80K光泵浦下观察到激射现象。
5：数据分析方法：
采用三维有限元法计算激射模式的场分布。通过制作后的TRPL测量研究珀塞尔效应。分析激射阈值随温度的变化关系以确定特征温度。
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NIR photomultiplier
Hamamatsu H10330A
Hamamatsu
Used for detecting TRPL signals.
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picosecond histogram-accumulating real-time processor
PicoQuant PicoHarp 300
PicoQuant
Used for analyzing TRPL signals.
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photonic crystal circular nanobeam cavity
Used as the laser cavity to achieve small modal volume and significant coupling with photons emitted by QRs.
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GaSb/GaAs quantum rings
Acted as the gain medium for the laser.
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optical spectrum analyzer
Used for detecting the PL and lasing signals.
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850 nm diode laser
Used as the excitation source for PL and lasing measurement.
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