量子級聯雷射器擴展到更短的波長

2020-11-26 OFweek維科網

    由於法國Montpellier大學的Alexei Baranov及其同事的努力，量子級聯雷射器（QCL）現在能夠發射比以往更短波長的雷射。

    該團隊製造出了基於InAs/AlSb材料的器件，能在80K的溫度下以脈衝模式工作，並在雷射波長2.75μ時達到每面0.3W的功率。第二個器件使用的是相同的材料體系，能在接近室溫的溫度下工作並達到每面1.5W，但是發射波長較長可達到2.97μ。Baranov表示由於光譜位於3μ左右的區域包括了某些雙原子分子拉伸振動時的吸收譜線，因此兩個雷射器都適合光譜方面的應用。特別是氮-氫和氧-氫鍵在2.7至3.3μ之間有明顯的吸收譜線。

    產生如此短的發射波長，需要兩個材料體系的組合具有非常大的導帶差。InAs和AlSb是一個非常好的組合，因為二者的導帶差是2.1eV。

    Baranov表示，使用MBE法生長該材料的困難程度和其他III-V族材料差不多，他還指出必須十分重視界面處的生長條件。界面處不能有兩種原子共存，並且不論形成InSb或AlAs鍵，都會向外延片中引入較大的應變。這將降低晶體的質量，阻礙器件的電子性能。

    目前研究者正在使用快速的工藝來製造雷射器，以便對實際器件與模擬的結果作個比較。但該方法會導致雷射器的散熱能力較差，這意味著雷射器只能在較低的溫度下以連續波模式工作。

    該團隊正在努力解決這個問題，他們的下一個目標是製造出一種量子級聯雷射器，它能在室溫下以高佔空比或連續波模式工作。Baranov表示他們對雷射器的設計和製造工藝作進一步的改進。


    低壓環境增大4H-SiC生長率

    據日本電力工業中心研究院的研究員說，高質量4H-SiC的最快生長速度可以在低壓生長環境下從僅有的100μ/h上升至250μ/h。

    生長速度的提高最終會加快雙極性器件的生產進程，這些工作電壓在10kV以上的器件，在全國高壓輸電線網中用作電子開關。器件結構需要一層至少100μ厚的SiC材料。

    更快的生長速度來源於很低的系統壓力以及很高的氫氣和矽烷流速。這種結合能夠阻止限制SiC生長速度的矽團簇的形成。

    該團隊採用了一個帶175mm基座的垂直熱壁反應器。往反應器中注入矽烷、丙烷和氫氣，在1650oC、壓力為15-Torr環境下才開始沉積。當C:Si含量的比值達到1時以70l/min流速注入氫氣；當矽烷:氫氣的比值達到0.005時會出現最快的生長速度。

    量子級聯雷射器開始使用異質鍵合

    與其它的光源都已經使用異質鍵合的狀況不同，量子級聯雷射器（QCL）仍未受到與矽機械連接的影響。

    來自奧地利維也納科技大學和紐約州立大學的研究人員採用基於金的熱壓縮壓焊來達到與矽連接的目的，並將它應用到大規模的製造中。維也納科大團隊的Daniela Andijasevic表示：「該技術非常適應標準矽晶圓廠的工作流程」。

    及其同事在一個4"硼摻雜的p型矽襯底和MBE生長的GaAs雷射器上熱濺射一層1μ厚的金薄膜，然後翻轉雷射器並與矽襯底對準。在330oC真空環境下進行壓焊，通過施加450N的壓力將兩個部件壓在一起。

    壓焊過後所得雷射器的閾值電流密度與未壓焊雷射器的一樣，均為4.6kA/cm2。兩種雷射器均工作在脈衝模式下，使用重複速率為5kHz的100ns脈衝。

    此外，壓焊雷射器的光功率比未壓焊的要低，Andijasevic解釋道這是由於表面金層的反射。

    未來該研究小組希望使用矽材料為雷射器製作光波導，並更好地對準混合器件來解決反射的問題。

    對QCL進行金熱壓縮壓焊，使得在同一晶片上集成光通信和矽基CMOS的目標更近了一步。

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