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量子级联激光器研究获新进展
发布时间 2006/11/11 点击 1156 次
中国科学院半导体研究所材料科学重点实验室近期在量子级联激光器研究中取得突破性进展。研制出了世界上第一个短腔长单模应变补偿铟镓砷/铟铝砷(InGaAs/InAlAs)量子级联激,波长7.8微米,阈值电流仅为80毫安。在磷化铟(InP)基器件方面,实现了5.49微米应变补偿铟镓砷/铟铝砷量子级联激光器50度激射,连续工作温度230K,84K的准连续激射输出功率达660毫瓦,室温准连续功率为46毫瓦。研制出7.8微米应变补偿二级光栅分布反馈铟镓砷/铟铝砷量子级联激光器,连续工作温度128K,目前国际上对二级光栅分布反馈量子级联激光器的报道很少,这是世界最好的研究结果之一。在砷化镓基器件方面,研制出亚洲第一个镓砷/铝镓砷量子级联激光器,波长9.1微米,其81K下的准连续功率大于350毫瓦,标志着我国红外量子级联激光器研究进入世界前列。
量子级联激光器(QCL)是一种基于子带间电子跃迁的中红外波段单极光源,其工作原理与常规的半导体激光器是截然不同的。其激射方案是利用垂直于纳米级厚度的半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态,在这些激发态之间产生粒子数反转,该激光器的有源区是由耦合量子阱的多级串接组成(通常大于500层)而实现单电子注入的多光子输出。量子级联激光器的指纹特征是工作波长与所用材料的带隙无直接关系,仅由耦合量子阱子带间距决定,从而可实现对波长的大范围剪裁。量子级联激光器的出现开创了利用宽带隙材料研制中、远红外半导体激光器的先河,在中、远红外半导体激光器的发展史上树立了新的里程碑。
由于量子级联激光器是集量子工程和先进的分子束外延技术于一体,因技术含量很高,相关产品的开发具有重要的社会和经济价值。量子级联激光器可广泛应用于红外通信、远距离探测、大气污染监控、工业烟尘分析、无损伤医学诊断等。例如在浓雾暴雨气象条件下,红外量子级联激光器的远距离探测和反馈能力优势明显,可避免高速近距离撞机事故的发生。量子级联激光器还可探测浓度为ppm级的瓦斯气体浓度,因此可将量子级联激光器用于煤矿的安全报警系统。
半导体所材料科学重点实验室的分子束外延课题组巧妙地将能带工程和应变补偿技术相结合,为量子级联激光器的结构设计和器件性能预测拓宽空间和灵活性,在降低阈值电流、提高工作温度方面取得重要突破,实现了波长3.5-3.7微米应变补偿InxGa1-xAs/InyAl1-yAs量子级联激光激光器34度准连续激射,这是世界上首次实现4微米以下量子级联激光器的室温激射。科研人员经过几年的刻苦攻关、协作创新,解决了一系列材料制备、器件工艺、测试技术难题和关键技术,近期接连在InP基的InGaAs/InAlAs应变补偿量子级联激光器和GaAs基的GaAs/AlGaAs量子级联激光器方面又取得重要进展。附图为部分代表性结果。(中科院半导体所)
[来源:来宝网【www.labbase.net】]
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