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(dá)

近日，中國科學(xué)院半導(dǎo)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(dǎo)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(xué)研究計劃、國家自然科學(xué)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(dǎo)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(shè)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(dá)到53dB是目前同類器件的最高值，同時輸出功率達(dá)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(dǎo)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(dá)（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(dǎo)層等關(guān)鍵技術(shù)，研制成功2μm波段的InGaSb／AlGaAsSb應(yīng)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(dá)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(dá)到國際一流水平并突破國外高功率半導(dǎo)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(fù)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(dǎo)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(dǎo)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。