首款硅基量子级联激光器开发成功
2016-05-11 07:34:47 来源:麦姆斯咨询 评论:0 点击:
据麦姆斯咨询报道,来自美国圣巴巴拉市加利福尼亚大学的Alexander Spott研究小组制作了首款硅基量子级联激光器,该技术的应用前景广泛,覆盖化学键光谱学、气体传感、天文学以及自由空间通讯领域。
直接在硅芯片上集成激光器是具有挑战性的,但这种集成方式比从芯片外部耦合激光器更高效且更紧凑。硅材料的间接带隙使激光器直接在硅芯片上集成很困难,但二极管激光器可以在III-V族材料上集成,如磷化铟或砷化镓。在硅晶圆的顶部直接键合III-V族材料层,然后利用III-V族材料层产生激光增益,这一厚度为2微米的材料层,在硅芯片上集成了一个多量子阱激光器。但是二极管激光器的局限性限制了很多长波应用,因此该团队转而使用量子级联激光器作为替代方案。
由于二氧化硅在中红外区对长波有大量吸收,这使得在硅芯片上集成量子级联激光器变得更加困难。
Spott解释说:“这意味着我们不仅要在硅芯片上集成一种不同类型的激光器,还必须制作一层不同的硅波导,我们制作了一种被称为SONOI(silicon-on-nitride-on-insulator)的硅波导,在硅波导下面使用了一层氮化硅材料,而不仅仅是二氧化硅。”
Spott说:“这一技术突破能够带来许多应用。传统的硅光电子器件在近红外波长区域内工作,一般应用于数据传输和通信领域。然而,新兴的研究希望使硅光电子器件能够适用于中红外波长区域,以应用于传感和检测应用领域,如化学键光谱学、气体传感、天文学、海洋传感、热成像、爆炸物检测和自由空间通讯。”
该研究小组的下一步研究是改善器件散热性能,以提高硅基量子级联激光器的性能,使它们能够在硅芯片上集成连续波量子级联激光器。Spott说:“我们希望通过设计改进实现更高的功率和效率,使我们能够在硅芯片上完整集成中红外器件,如光谱仪或气体传感器。硅材料本身不贵,可以通过规模生产显著降低单颗芯片成本,许多小型器件都可以在同一个硅芯片上集成,比如在不同中红外波长工作的多个不同类型的传感器。”
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