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美国大学开发砷化铟中红外带间级联激光器

点击数:9992015-07-21 09:23:18 来源: 聊城市欧亚激光设备有限公司

 据今日半导体网站2015年7月14日报道: 美国俄克拉荷马大学开发出带间级联砷化铟(InAs)衬底激光器,具有低阈值高电流运行特征。[李路等. 应用物理快讯,2015年106卷,251102页]。研究人员声称,温度300K 阈值电流为247A/cm2的4.6μm波长器件是 “有史以来同样波长阈值电流最低的半导体中红外激光器”。
    锑化镓(GaSb)衬底带间级联激光器在3-4μm波长范围内取得良好成效。InAs衬底激光器波长为11μm。这些激光器使用重掺杂外覆层创建一个等离子体波导。然而这种激光器至今只验证了脉冲操作模式。研究人员称,奥克拉荷马大学第一次创造出连续波工作模式。
    采用n+-InAs覆层等离子体波导的问题是高光吸收损失。一些小组试图在光学限制成本内插入厚(>1μm)无掺杂的InAs单独限制层来降低光学增益,增加电流阈值。为了尝试获得最好的两种方法,奥克拉荷马大学已经在等离子体外覆层和独立约束层之间插入一个中间层。中间覆层将光场推到器件中心部分,并减少外部等离子体覆层中的电场,避免吸收损耗。
    采用分子束外延(MBE)在n型InAs衬底上制备半导体激光器异质结构。独立的约束层和中间覆层对称分布在基于多个级联的有源区域附近。中间覆层包括25Å/ 23Å InAs / AlSb超晶格结构。锑化铝(AlSb)的3Å厚度层是砷化铝(AlAs)的界面用作应力平衡。载流子在中间覆层和激光器的其他部分之间光滑传输,其他部分由过渡/连接桥组成,连接桥由 58nm宽InAs / AlSb(As)量子阱构成。
    各种宽面积的台面条纹和窄脊半导体激光器由裸露的晶面生产制备。1.5-2.0mm激光棒外侧配置铜热沉。与无中间覆层半导体激光器相比,有中间覆层大面积(BA)激光器脉冲操作模式时具有低于300K的阈值电流密度和较高的操作温度。
    研究人员报告,“一个15级晶片大面积激光器 R140的阈值电流密度Jth=247A/cm2,在温度300K波长为4.6μm,是中红外半导体激光器同类波长的最低阈值报道。另一个10级晶片R144在温度高达377K发射激光,波长近5.1μm。是此波长电泵浦带间激光器的最高工作温度报道。”
    10 – 12级大面积半导体激光器的特征温度T0,表示阈移漂移46-57 K,可与先进的GaSb基带间级联激光器在3–4μm波长区域的阈移漂移相提并论。用4μm电镀金顶接触的窄脊激光器测试了连续波性能。10-12级激光器输出波长范围为4.6-4.9μm。
    10级激光器的工作电压较低,实现了较高的温度性能。10级激光器在温度300K实现输出功率每晶面1.6mW。输入功率阈值小于0.52W。锑化镓(GaSb)带间级联激光器在3-4μm较短波长范围实现较低的输入功率。研究人员说,他们从最初在InAs衬底集成电路激光器中尝试嵌入中间覆层的结果受到鼓励。
    10μm宽脊形激光器连续运行时热阻范围为6.5-11k-cm2/kW。此值高于已经报道的一个有较厚超晶格覆层(无中间覆层)的激光器热阻。这表明,InAs带间级联激光器还有提高热耗散的潜力。
    在脉冲工作模式窄脊激光器与大面积半导体激光器有相似的高温极限,达到376 K。然而温度低于320K时,电流阈值增高45-71%。在3-4μm短波区间,带间级联窄脊激光阈值比大面积激光器高21%。
    研究小组写道,“由于不完善的钝化,从侧壁产生大量漏电流,这意味着通过减少表面泄漏可实现更好性能。”在温度310K时窄脊激光器有大量跳模,表明材料不均匀性是个问题。(工业和信息化部电子科学技术情报研究所  黄庆红)
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