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瑞士苏黎世联邦理工学院推出中红外量子级联激光器
2014-11-05
 

[据今日半导体网站20141024日报道]  瑞士苏黎世联邦理工学院研制出到目前为止有最长中红外(MIR)波长的量子级联激光器(QCL)。

    该激光器运行在化合物半导体令人棘手的近“剩余射线”频段。由于与晶格声子振动强耦合/共振,在剩余射线波段的光无法传播。双金属波导结构可用来避免产生剩余射线,该射线源于创建MIR QCL使用的磷化铟衬底。研究人员还通过模拟,精心优化QCL异质结构的介电常数。

量子级联激光器结构使用束缚-连续方案。量子阱各中心能级之间的转换用于增加高能级的寿命(计算值0.4皮秒)。低能级寿命模拟值是0.26皮秒,可允许实现粒子数反转。

研究人员利用固源分子束外延在轻掺杂磷化铟(InP)上生长In0.53Ga0.47As量子阱和In0.52Al0.48As势垒晶格匹配激光器结构。激光二极管结构包括40纳米厚 Si掺杂的InGaAs底部接触,重复60次的InGaAs / InAlAs注入/有源QCL结构,和40纳米厚n- InGaAs顶部接触。

    已经生产出双金属脊形波导结构激光器。采用热压法进行金-金晶圆键合并转移到一个处理基板。利用化学机械抛光(CMP)和选择性蚀刻除去InP生长衬底。原有底部的InGaAs接触被蚀刻掉以减少波导损耗。脊宽度为30微米,材料裂解成长度为0.5毫米–3.0毫米的腔。

    激光器中心波长24.1微米、长度1毫米,在50K温度下阈值电流密度为5.7千安/平方厘米,平均峰值输出功率为0.6毫瓦。激光器运行温度达到240K,比以前相同波长范围内的140k-170k有显著提高。由于斯塔克效应,在50K-240K温区内,发射波长从24.1微米迁移到23.5微米。热性能的改善归因于电流密度2.2倍的高动态范围((18–5.7)/5.7=2.2),在50K最大电流密度为18千安/平方厘米。阈值电流的特征温度T0217k

另一个激光器的InGaAs量子阱厚度增大3%,在温度22K时获得24.4微米的中心波长。是迄今为止报道的波长最长的量子级联激光器。2002年已实现24微米波长的QCL(工业和信息化部电子科学技术情报研究所  黄庆红)

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