半導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和能帶工程的新型半導體激光器，由楊瑞青教授首次提出，是通過導帶和價帶之間躍遷實現(xiàn)電子和空穴的輻射復合，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)中信息收集等領域具有重要的應用前景，但其結(jié)構(gòu)復雜，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、德國Wurzberg大學、英國圣安德魯斯大學、Sotera公司等研制成功帶間級聯(lián)激光器。

　　半導體所半導體材料科學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楊瑞青教授課題組合作，采用楊瑞青教授設計的結(jié)構(gòu)，利用分子束外延生長技術，解決了銻化物材料生長窗口窄、多層結(jié)構(gòu)的應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