Микроматрица нанопроводов с многоволновыми квантовыми ямами

28 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

от Compuscript Ltd.

Поскольку количество ядер в процессоре продолжает расти, растет и сложность их соединения. Традиционные электрические сети не справляются со своими задачами из-за задержек, ограниченной пропускной способности и высокого энергопотребления. Исследователи уже давно ищут лучшую альтернативу, и встроенные нанофотонные системы стали многообещающей заменой традиционным электрическим сетям.

Внутрикристальные оптические сети используют свет для передачи данных, что дает большие преимущества по сравнению с электрическими сигналами. Свет, будучи быстрее электричества, может переносить большие объемы данных с помощью технологий мультиплексирования. Ключом к внутрикристальным оптическим сетям являются миниатюрные источники света, такие как микро-/нано-лазеры или светоизлучающие диоды (СИД). Однако большинство разработок в области микро-/нано-светодиодов основаны на системах материалов из нитрида III видимого диапазона волн.

Сообщений о высокоскоростных инфракрасных микросветодиодах на телекоммуникационных длинах волн, необходимых для будущего развития технологии Li-Fi, фотонных интегральных схем (PIC) и биологических приложений, было ограничено.

Эпитаксиально выращенные нанопроволоки In(Ga)As(P)/InP открывают большой потенциал для миниатюрных светодиодов и лазеров в телекоммуникационном диапазоне длин волн, поскольку возможность настройки их широкой запрещенной зоны может обеспечить монолитную интеграцию многоволновых источников света на одном чипе посредством одного эпитаксиального выращивания. , что может повысить пропускную способность передачи данных за счет мультиплексирования с разделением по длине волны и технологий с несколькими входами и несколькими выходами.

Авторы новой статьи, опубликованной в журнале Opto-Electronic Science, демонстрируют выращивание выборочных областей и изготовление высокооднородных светодиодов на основе нанопроводов InGaAs/InP с одной квантовой ямой (QW). На рисунке 1 (a, b) показана схема структуры светодиода с квантовой ямой в одной нанопроволоке и изображение массива нанопроволок с очень однородной морфологией, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), соответственно.

Детальная структура квантовой ямы в радиальном направлении дополнительно видна на изображении, полученном с помощью кольцевой сканирующей трансмиссионной электронной микроскопии в темном поле под большим углом (HAADF-STEM) на рисунке 1 (c). Чтобы исследовать материальный состав квантовой ямы, также был проведен энергодисперсионный рентгеновский спектроскопический анализ на рисунке 1 (d), который четко показал, что область квантовой ямы InGaAs богата галлием и мышьяком по сравнению с областью барьера InP.

Светодиоды с нанопроволокой с квантовой ячейкой продемонстрировали сильную электролюминесценцию (EL), зависящую от смещения, показанную на рисунке 2 (c, d), охватывающую длины волн телекоммуникаций (1,35 ~ 1,6 мкм). Из спектров, показанных на рисунке 2(d), можно идентифицировать два заметных пика ЭЛ, включая длинноволновый пик ~1,5 мкм, исходящий из радиальной квантовой ямы, и коротковолновый пик ~1,35 мкм, обусловленный комбинированным излучением аксиальных и радиальных QW. Благодаря наличию двух пиков ЭЛ полная ширина на полувысоте спектра ЭЛ может достигать около 286 нм, что демонстрирует большие перспективы для оптической когерентной томографии и приложений биосенсорства. При увеличении смещения инжекция крупных носителей заполняет энергетические зоны в обеих квантовых ямах, что приводит к расширению спектров излучения и сдвигу пиковой длины волны.

Многоволновая перестраиваемость массива нанопроволок с квантовыми ямами была дополнительно продемонстрирована посредством монолитного роста массивов нанопроволок с разными размерами шага (т.е. межцентровым расстоянием между соседними нанопроволоками в массиве) на одной и той же подложке. На рисунке 3(a) показаны репрезентативные спектры фотолюминесценции (ФЛ), полученные от массивов нанопроволок с разными размерами шага, демонстрирующие более длинноволновую эмиссию ФЛ из массивов нанопроволок с большим шагом из-за увеличенной толщины квантовой ямы или включения индия в квантовую яму.