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国内量子阱激光器最新进展分析

2014-03-29 09:56
来源: 激光网

  发光波长位于2-3μm波段的高性能半导体激光光源因可以广泛应用于气体探测、超长距离无中继通信、生物医学等领域而成为人们研究的热点。目前,2-3μm波段半导体激光器有源区材料主要采用GaSb基量子阱和InP基量子阱结构。GaSb基量子阱材料因其生长结构复杂,含Sb的四元甚至五元系化合物生长及界面难以控制,特别是采用适合大规模生产应用的MOCVD更难实现高质量多元锑化物的生长制备。相比较,InP基InAs量子阱在材料制备及器件工艺制作方面具有诸多优势。除了具有高质量、低成本的衬底材料,InP基激光器因其兼容传统通讯用激光器成熟的制备工艺,且易与其它器件实现集成等优势而具有更好的应用前景。

  基于此,中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室杨涛研究员的课题组开展了InAs/InP量子阱理论计算及MOCVD生长制备方面的研究。近日,成功地解决了InP基外延大失配(3.2%)InAs量子阱的技术难题,获得了高质量的半导体量子阱材料。其发光波长实现2.0-2.5μm范围可控调节。制备的2.0μm窄条激光器(6μm×1.5mm)实现室温连续激射,阈值电流45mA,单面出光功率大于25mW。制备的2.1μm宽条激光器(250μm×2mm)在脉冲注入下,出光功率超过110mW,阈值电流750mA,对应阈值电流密度低至150A/cm2,为目前已报道该体系半导体激光器的国际先进水平。有关成果将在第十三届全国MOCVD学术会议上报道。

  2.0μm窄条激光器P-I,V-I特性曲线,插图给出了50mA注入条件下,激光器的激射谱。

  2.1μm宽条激光器P-I,V-I特性曲线,插图给出了750mA注入条件下,激光器的激射谱。

  相关进展:

  1、2.7微米InP基不含锑量子阱激光器

  2-3微米波段半导体激光器在光谱分析、气体检测、医学检查等方面具有重要的应用。InP衬底上不含锑量子阱激光器与GaSb基含锑量子阱激光器相比具有工艺成熟稳定、热导率高、衬底价格低、质量好、易获得等优点。

  中科院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室化合物半导体方向的研究人员通过在InP衬底上采用气态源分子束外延方法生长高质量的异变缓冲层,并在其上构筑不含锑的InAs多量子阱结构,成功研制出激射波长达2.7微米的激光器,这是目前国际上InP基不含锑量子阱激光器所能实现的最长激射波长。该工作已在Applied Physics Letters上发表,并引起国际上的广泛关注,半导体领域知名杂志Semiconductor Today也对此作了专题报道。

  2、InGaSb/ AlGaAsSb应变量子阱激光器

  近日,中国科学院半导体研究所纳米光电子实验室与超晶格国家重点实验室分子束外延(MBE)课题组合作,采用分子束外延技术生长的InGaSb/ AlGaAsSb应变量子阱激光器,实现了高工作温度(T=80℃)连续激射,激射波长2μm出光功率63.7mW,达到国内领先水平。

  中红外2-3.5μm波段激光器在气体检测、环境监测、激光制导、红外对抗、激光雷达等诸多领域有着十分广泛而重要的应用,与其它中红外波段传统半导体材料体系相比,窄带隙的InGaAsSb锑化物材料与衬底晶格匹配其禁带宽度可以覆盖1.7到4.4μm波段。锑化物光电器件的独特优势日益受到广泛重视成为目前国际前沿和热点研究方向。

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