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半导体所成功研制出锑化物带间级联激光器

导读: 半导体所半导体材料科学重点实验室马文全研究员小组通过与美国俄克拉荷马大学杨瑞青教授课题组合作,采用杨瑞青教授设计的结构,利用分子束外延生长技术,解决了锑化物材料生长窗口窄、多层结构的应变和界面控制等难题,成功研制出锑化物带间级联激光器。

锑化物带间级联激光器是基于量子效应和能带工程的新型半导体激光器,由杨瑞青教授首次提出,是通过导带和价带之间跃迁实现电子和空穴的辐射复合,每个有源区通过类似量子级联结构串联方式连接。它结合了传统半导体带间跃迁激光器和基于子带间跃迁的量子级联激光器的优势,如载流子注入均匀,量子效率高、波长易调节、阈值电流密度和功率消耗低等优点。因此锑化物带间级联激光器在环境监控、医疗诊断以及物联网中信息收集等领域具有重要的应用前景,但其结构复杂,外延层数多,这使得其材料生长难度很大。从报道来看,目前仅有美国俄克拉荷马大学、德国Wurzberg大学、英国圣安德鲁斯大学、Sotera公司等研制成功带间级联激光器。

半导体所半导体材料科学重点实验室马文全研究员小组通过与美国俄克拉荷马大学杨瑞青教授课题组合作,采用杨瑞青教授设计的结构,利用分子束外延生长技术,解决了锑化物材料生长窗口窄、多层结构的应变和界面控制等难题,成功研制出锑化物带间级联激光器。器件从78  K到169  K实现连续激射,脉冲激射最高温度达到249  K;78  K温度下,对应的激射波长为4.27微米,阈值电流密度小于70  A/cm2;169  K温度下,对应的激射波长为4.63微米,阈值电流密度约为306  A/cm2。图1为激光器材料的X射线双晶衍射谱,图2为激光器在78  K温度下的激射光谱。相信通过努力性能将会有更多突破。

图1.  锑化物带间级联激光器的XRD谱

图2.  锑化物带间级联激光器的激射谱

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