半導(dǎo)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(yīng)和能帶工程的新型半導(dǎo)體激光器，由楊瑞青教授首次提出，是通過導(dǎo)帶和價帶之間躍遷實現(xiàn)電子和空穴的輻射復(fù)合，每個有源區(qū)通過類似量子級聯(lián)結(jié)構(gòu)串聯(lián)方式連接。它結(jié)合了傳統(tǒng)半導(dǎo)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、波長易調(diào)節(jié)、閾值電流密度和功率消耗低等優(yōu)點。因此銻化物帶間級聯(lián)激光器在環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)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(yīng)用前景，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外延層數(shù)多，這使得其材料生長難度很大。從報道來看，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(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室馬文全研究員小組通過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(shè)計的結(jié)構(gòu)，利用分子束外延生長技術(shù)，解決了銻化物材料生長窗口窄、多層結(jié)構(gòu)的應(yīng)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實現(xiàn)連續(xù)激射，脈沖激射最高溫度達到249 K;78 K溫度下，對應(yīng)的激射波長為4.27微米，閾值電流密度小于70 A/cm2;169 K溫度下，對應(yīng)的激射波長為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。相信通過努力性能將會有更多突破。

　　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