中科院半導體所研制成功砷化鎵基量子級聯(lián)激光器

在國家自然科學基金重點項目、國家“973”和“863”項目共同支持下，中國科學院半導體研究所材料科學重點實驗室于近日在量子級聯(lián)激光器研究方面獲得重大突破。在亞洲首次研制成功具有自主知識產(chǎn)權(quán)的砷化鎵基量子級聯(lián)激光器，實現(xiàn)120K激射(占空比1%)，波長9.1微米，81K下的峰值功率大于70毫瓦(mW)，標志著我國紅外量子級聯(lián)激光器研究進入世界前列。

　　量子級聯(lián)激光器(QCL)是一種基于子帶間電子躍遷的中紅外波段單極光源，其工作原理與通常的半導體激光器截然不同。其激射方案是利用垂直于納米級厚度的半導體異質(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應(yīng)引起的分離電子態(tài)，在這些激發(fā)態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，該激光器的有源區(qū)是由耦合量子阱的多級串接組成(通常大于500層)而實現(xiàn)單電子注入的多光子輸出。量子級聯(lián)激光器的出現(xiàn)開創(chuàng)了利用寬帶隙材料研制中、遠紅外半導體激光器的先河，在中、遠紅外半導體激光器的發(fā)展史上樹立了新的里程碑。

　　由于量子級聯(lián)激光器是集量子工程和先進的分子束外延技術(shù)于一體，與常規(guī)的半導體激光器在工作原理上不同，其特點優(yōu)于普通激光器，因技術(shù)含量很高，相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)具有重要的社會和經(jīng)濟價值。

據(jù)了解，量子級聯(lián)激光器是一個高難度的量子工程，特點是工作波長與所用材料的帶隙無直接關(guān)系，僅由耦合量子阱子帶間距決定，從而可實現(xiàn)對波長的大范圍剪裁。砷化鎵(GaAs)基材料體系的導帶帶階通常為290毫電子伏特(meV)，研制難度更大，國際上僅有少數(shù)幾個課題組開展這方面的研究。 

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