量子阱激光器取得重要進展,可用于天基衛(wèi)星載激光雷達

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重要進展。

近年來，牛智川研究員帶領(lǐng)的研究團隊在國家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(chǔ)物理、異質(zhì)結(jié)低維材料外延生長和光電器件的制備技術(shù)等，系統(tǒng)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(shù)基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設計金屬光柵側(cè)向耦合分布反饋（LC-DFB）結(jié)構(gòu)成功實現(xiàn)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(guān)成果在Appl．Phys．Lett．114，021102（2019）發(fā)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(chuàng)性提升邊模抑制比，為天基衛(wèi)星載激光雷達（LiDAR）系統(tǒng)和氣體檢測系統(tǒng)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(chuàng)新采用數(shù)字合金法生長波導層等關(guān)鍵技術(shù)，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(xù)輸出功率達到1.62瓦、巴條（線陣）激光器組件的室溫連續(xù)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(guī)定的性能條款。

GaSb基InGaAsSb晶格匹配異質(zhì)結(jié)量子阱的能帶帶隙可調(diào)范圍覆蓋了1.8μm～4.0μm的短波紅外區(qū)域，與該波段的其它激光材料體系相比其在研制電直接驅(qū)動下高光電效率的激光器方面具有獨特的優(yōu)勢。

隨著銻化物多元素復雜低維材料分子束外延技術(shù)的不斷進步，國際上銻化物半導體相關(guān)的材料與光電器件技術(shù)創(chuàng)新發(fā)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(shù)領(lǐng)域長期卡脖子核心技術(shù)，將在危險氣體檢測、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療與激光加工等諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)揮重要價值。