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量子级联激光器扩展到更短的波长

2008-07-07 16:57
华静一
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    由于法国Montpellier大学的Alexei Baranov及其同事的努力,量子级联激光器(QCL)现在能够发射比以往更短波长的激光

    该团队制造出了基于InAs/AlSb材料的器件,能在80K的温度下以脉冲模式工作,并在激光波长2.75μ时达到每面0.3W的功率。第二个器件使用的是相同的材料体系,能在接近室温的温度下工作并达到每面1.5W,但是发射波长较长可达到2.97μ。Baranov表示由于光谱位于3μ左右的区域包括了某些双原子分子拉伸振动时的吸收谱线,因此两个激光器都适合光谱方面的应用。特别是氮-氢和氧-氢键在2.7至3.3μ之间有明显的吸收谱线。

    产生如此短的发射波长,需要两个材料体系的组合具有非常大的导带差。InAs和AlSb是一个非常好的组合,因为二者的导带差是2.1eV。

    Baranov表示,使用MBE法生长该材料的困难程度和其他III-V族材料差不多,他还指出必须十分重视界面处的生长条件。界面处不能有两种原子共存,并且不论形成InSb或AlAs键,都会向外延片中引入较大的应变。这将降低晶体的质量,阻碍器件的电子性能。

    目前研究者正在使用快速的工艺来制造激光器,以便对实际器件与模拟的结果作个比较。但该方法会导致激光器的散热能力较差,这意味着激光器只能在较低的温度下以连续波模式工作。

    该团队正在努力解决这个问题,他们的下一个目标是制造出一种量子级联激光器,它能在室温下以高占空比或连续波模式工作。Baranov表示他们对激光器的设计和制造工艺作进一步的改进。


    低压环境增大4H-SiC生长率

    据日本电力工业中心研究院的研究员说,高质量4H-SiC的最快生长速度可以在低压生长环境下从仅有的100μ/h上升至250μ/h。

    生长速度的提高最终会加快双极性器件的生产进程,这些工作电压在10kV以上的器件,在全国高压输电线网中用作电子开关。器件结构需要一层至少100μ厚的SiC材料。

    更快的生长速度来源于很低的系统压力以及很高的氢气和硅烷流速。这种结合能够阻止限制SiC生长速度的硅团簇的形成。

    该团队采用了一个带175mm基座的垂直热壁反应器。往反应器中注入硅烷、丙烷和氢气,在1650oC、压力为15-Torr环境下才开始沉积。当C:Si含量的比值达到1时以70l/min流速注入氢气;当硅烷:氢气的比值达到0.005时会出现最快的生长速度。

    量子级联激光器开始使用异质键合

    与其它的光源都已经使用异质键合的状况不同,量子级联激光器(QCL)仍未受到与硅机械连接的影响。

    来自奥地利维也纳科技大学和纽约州立大学的研究人员采用基于金的热压缩压焊来达到与硅连接的目的,并将它应用到大规模的制造中。维也纳科大团队的Daniela Andijasevic表示:“该技术非常适应标准硅晶圆厂的工作流程”。

    及其同事在一个4"硼掺杂的p型硅衬底和MBE生长的GaAs激光器上热溅射一层1μ厚的金薄膜,然后翻转激光器并与硅衬底对准。在330oC真空环境下进行压焊,通过施加450N的压力将两个部件压在一起。

    压焊过后所得激光器的阈值电流密度与未压焊激光器的一样,均为4.6kA/cm2。两种激光器均工作在脉冲模式下,使用重复速率为5kHz的100ns脉冲。

    此外,压焊激光器的光功率比未压焊的要低,Andijasevic解释道这是由于表面金层的反射。

    未来该研究小组希望使用硅材料为激光器制作光波导,并更好地对准混合器件来解决反射的问题。

    对QCL进行金热压缩压焊,使得在同一芯片上集成光通信和硅基CMOS的目标更近了一步。

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