半導體所成功研制出銻化物帶間級聯(lián)激光器

　　銻化物帶間級聯(lián)激光器是基于量子效應和能帶工程的新型半導體激光器，由楊瑞青教授首次提出，是通過(guò)導帶和價(jià)帶之間躍遷實(shí)現電子和空穴的輻射復合，每個(gè)有源區通過(guò)類(lèi)似量子級聯(lián)結構串聯(lián)方式連接。它結合了傳統半導體帶間躍遷激光器和基于子帶間躍遷的量子級聯(lián)激光器的優(yōu)勢，如載流子注入均勻，量子效率高、波長(cháng)易調節、閾值電流密度和功率消耗低等優(yōu)點(diǎn)。因此銻化物帶間級聯(lián)激光器在環(huán)境監控、醫療診斷以及物聯(lián)網(wǎng)中信息收集等領(lǐng)域具有重要的應用前景，但其結構復雜，外延層數多，這使得其材料生長(cháng)難度很大。從報道來(lái)看，目前僅有美國俄克拉荷馬大學(xué)、德國Wurzberg大學(xué)、英國圣安德魯斯大學(xué)、Sotera公司等研制成功帶間級聯(lián)激光器。

　　半導體所半導體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室馬文全研究員小組通過(guò)與美國俄克拉荷馬大學(xué)楊瑞青教授課題組合作，采用楊瑞青教授設計的結構，利用分子束外延生長(cháng)技術(shù)，解決了銻化物材料生長(cháng)窗口窄、多層結構的應變和界面控制等難題，成功研制出銻化物帶間級聯(lián)激光器。器件從78 K到169 K實(shí)現連續激射，脈沖激射最高溫度達到249 K;78 K溫度下，對應的激射波長(cháng)為4.27微米，閾值電流密度小于70 A/cm2;169 K溫度下，對應的激射波長(cháng)為4.63微米，閾值電流密度約為306 A/cm2。圖1為激光器材料的X射線(xiàn)雙晶衍射譜，圖2為激光器在78 K溫度下的激射光譜。相信通過(guò)努力性能將會(huì )有更多突破。

　　圖1. 銻化物帶間級聯(lián)激光器的XRD譜

　　圖2. 銻化物帶間級聯(lián)激光器的激射譜