[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 注入式InGaAs/GaAs量子点微盘激光器特性研究

摘要： 基于量子点（QD）的微盘/微环激光器因其小尺寸、高温稳定性及面内发光特性，已成为片上光互连的有力候选方案。光通信用激光器的关键指标是高频直接调制能力。砷化镓基底上的边缘发射型量子点激光器已展现出优异调制特性，其-3dB调制带宽超过7.4GHz[1]。然而关于量子点微盘/微环激光器动态特性的研究几乎空白。本研究报道了直径小于30μm的砷化镓基底微盘激光器特性，其有源区采用富铟窄带隙岛状结构密集阵列（密度达1011cm?2量级）嵌入铟耗尽残余量子阱构成。这类纳米结构被称为量子阱点（QWDs）[2]，其特性可通过沉积材料的组分和厚度调控，在量子阱与量子点特性间过渡。高密度岛状结构相比传统In(Ga)As量子点具有更高光学增益，同时横向载流子输运被抑制（较量子阱更优）。外延片通过低压金属有机气相外延法在n?-GaAs(100)衬底上生长，氢气作载气，砷烷为V族前驱体，三甲基镓/铟/铝为III族前驱体，硅烷/二乙基锌分别作为n/p型掺杂剂。Al?.??Ga?.??As/GaAs激光异质结构包含0.8μm厚GaAs限制层，其中沉积8个单原子层In?.?Ga?.?As形成5层QWDs，并以40nm厚GaAs间隔层隔离。通过单步光刻和干法刻蚀制备近垂直侧壁的5.5μm高微腔。p?GaAs盖层与n型GaAs衬底分别采用AgMn/NiAu和AuGe/Ni/Au金属化形成欧姆接触。测试在室温无控温条件下进行：直径30μm的InGaAs QWDs微盘激光器实现18mW高输出功率与15%峰值电光转换效率，连续波激射温度达110°C[3]；直径小于30μm的微盘获得最高5.9GHz的-3dB调制频率。据我们所知，这是实现直接调制的最小尺寸量子点微盘/微环激光器。得益于微小腔体体积，其调制电流效率因子达1.5GHz/mA1?2（对比文献[4]的0.38GHz/mA1?2），最佳调制频率对应偏置电流约30mA（文献值为86mA）。调制响应分析估算K极限最大频率为13GHz，但实测-3dB带宽为5.9GHz，推测受热效应、RC寄生效应或二者共同限制。