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。”