Láser Vernier integrado heterogéneamente con unión BCB de 10 nm y su análisis térmico

Sus antecedentes:

• La integración heterogénea de materiales disimilares como el silicio (Si) y los semiconductores III-V es crucial para los dispositivos fotónicos avanzados.
• Los láseres Vernier ofrecen ventajas específicas en selectividad y sintonización de longitud de onda.
• Lograr un alto rendimiento con capas de unión delgadas presenta importantes desafíos de gestión térmica.

Objetivo del estudio:

• Informar sobre el desarrollo y la caracterización de láseres Vernier de dos anillos Si/III-V que utilizan una capa de unión ultradelgada de divinilsiloxano-bis-benzociclobuteno (BCB) de 10 nm.
• Investigar el rendimiento térmico y las características de salida de estos láseres integrados heterogéneamente.
• Evaluar la viabilidad del enfoque de unión BCB de 10 nm para aplicaciones de láser a alta temperatura, como LiDAR.

Principales métodos:

• Fabricación de láseres Vernier de dos anillos Si/III-V con una capa de unión BCB de 10 nm.
• Medición experimental de métricas de rendimiento del láser, incluida la potencia de salida, la anchura de línea, el rango espectral libre (FSR) y la relación de supresión de modos laterales (SMSR).
• Medición de la impedancia térmica mediante un método novedoso para láseres con secciones pasivas extensas.

Principales resultados:

• Los láseres fabricados alcanzaron una potencia de salida de doble faceta de 13,6 mW, una anchura de línea de 2,6 kHz, un FSR de 40 nm y un SMSR de 46 dB.
• La impedancia térmica se midió en 45,1 K/W, lo que indica una disipación de calor eficiente a pesar de la delgada capa de unión.
• El modelado del láser predijo un rendimiento comparable al de los láseres de unión directa, con una diferencia de potencia inferior al 10% más allá del rollover térmico.
• Se prevé un funcionamiento a temperaturas de hasta 120 °C con una potencia de salida de unos pocos mW.

Conclusiones:

• El enfoque de unión BCB de 10 nm permite la integración heterogénea de alto rendimiento de láseres Vernier Si/III-V, comparable a la unión directa.
• La baja impedancia térmica demostrada sugiere que la capa de BCB es térmicamente eficiente, lo que permite un funcionamiento robusto del dispositivo.
• El potencial de operación a alta temperatura hace que este método de unión sea atractivo para aplicaciones exigentes como los conjuntos de chips LiDAR.