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半導體所銻化物半導體量子阱激光器研究獲得重要進展

2019-04-02
 

 

近日,中國科學院半導體研究所超晶格國家重點實驗室牛智川研究員團隊在銻化物半導體單模和大功率量子阱激光器研究方面取得新突破。金屬光柵側向耦合分布反饋(LC-DFB)量子阱單模激光器實現2μm波段高邊模抑制比(~53dB)下的高功率(>40mW)室溫連續輸出。成果發表在Appl.Phys.Lett.114,021102(2019)發表后立刻被Compound Semiconductor亮點專題長篇報道。FP腔量子阱大功率激光器單管和巴條組件分別實現1.62瓦和16瓦的室溫連續輸出功率,一舉突破高端激光器進口限制性能的規定條款。相關成果被選為Chin.Phys.B.28(1)(2019)封面文章。

牛智川研究員帶領的研究團隊近年來在國家973重大科學研究計劃、國家自然科學基金委重大項目及重點項目等的支持下,深入研究了銻化物半導體的材料基礎物理、異質結低維材料外延生長和光電器件的制備技術等,系統性掌握了銻化物量子阱、超晶格低維材料物理特性理論分析和分子束外延生長方法,在突破了銻化物量子阱激光器的刻蝕與鈍化等核心工藝技術基礎上,創新設計金屬光柵側向耦合分布反饋(LC-DFB)結構成功實現了2μm波段高性能單模激光器,邊模抑制比達到53dB是目前同類器件的最高值,同時輸出功率達到40mW是目前同類器件的3倍以上。相關成果在Appl.Phys.Lett.114,021102(2019)發表后立刻被國際著名《化合物半導體,Compound Semiconductor 2019年第2期》長篇報道,指出:“該單模激光器開創性提升邊模抑制比,為天基衛星載LIDAR系統和氣體檢測系統提供了有競爭力的光源器件”。在銻化物量子阱大功率激光器方面,研究團隊創新采用數字合金法生長波導層等關鍵技術,研制成功2μm波段的InGaSb/AlGaAsSb應變量子阱大功率激光器,其單管器件的室溫連續輸出功率達到1.62瓦、巴條(線陣)激光器組件的室溫連續輸出功率16瓦,綜合性能達到國際一流水平并突破國外高功率半導體激光器出口限制規定的性能條款。相關成果被選為Chin. Phys. B. 28(1), (2019)封面文章。

GaSb基InGaAsSb晶格匹配異質結量子阱的能帶帶隙可調范圍覆蓋了1.8μm~4.0μm的短波紅外區域,與該波段的其它激光材料體系相比其在研制電直接驅動下高光電效率的激光器方面具有獨特的優勢。近年來隨著銻化物多元素復雜低維材料分子束外延技術的不斷進步,國際上銻化物半導體相關的材料與光電器件技術創新發展十分迅速。上述銻化物半導體激光器研究成果突破了短波紅外激光器技術領域長期卡脖子核心技術,將在危險氣體檢測、環境監測、醫療與激光加工等諸多高新技術產業發揮不可替代的重要價值。

該項目研究工作先后達到國家973重大科學研究計劃課題2013CB942904、2014CB643903、國家自然科學基金委重大項目61790580和重點項目61435012等的資助。

  

  Compound semiconductor雜志封面和報道頁面

  

  APL文章中LC-DFB激光器光譜圖

  

   CPB雜志封面

  

  CPB文章中大功率線陣激光器功率圖



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