量子阱激光器取得重要进展,可用于天基卫星载激光雷达

近日，中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室牛智川研究员团队在锑化物半导体单模和大功率量子阱激光器研究方面取得重要进展。

近年来，牛智川研究员带领的研究团队在国家973重大科学研究计划、国家自然科学基金委重大项目及重点项目等的支持下，深入研究了锑化物半导体的材料基础物理、异质结低维材料外延生长和光电器件的制备技术等，系统性掌握了锑化物量子阱、超晶格低维材料物理特性理论分析和分子束外延生长方法，在突破了锑化物量子阱激光器的刻蚀与钝化等核心工艺技术基础上，创新设计金属光栅侧向耦合分布反馈（LC-DFB）结构成功实现了2μm波段高性能单模激光器，边模抑制比达到53dB是目前同类器件的最高值，同时输出功率达到40mW是目前同类器件的3倍以上。相关成果在Appl．Phys．Lett．114，021102（2019）发表后立刻被国际著名《化合物半导体，Compound Semiconductor 2019年第2期》长篇报道，指出：“该单模激光器开创性提升边模抑制比，为天基卫星载激光雷达（LiDAR）系统和气体检测系统提供了有竞争力的光源器件”。

在锑化物量子阱大功率激光器方面，研究团队创新采用数字合金法生长波导层等关键技术，研制成功2μm波段的InGaSb／AlGaAsSb应变量子阱大功率激光器，其单管器件的室温连续输出功率达到1.62瓦、巴条（线阵）激光器组件的室温连续输出功率16瓦，综合性能达到国际一流水平并突破国外高功率半导体激光器出口限制规定的性能条款。

GaSb基InGaAsSb晶格匹配异质结量子阱的能带带隙可调范围覆盖了1.8μm～4.0μm的短波红外区域，与该波段的其它激光材料体系相比其在研制电直接驱动下高光电效率的激光器方面具有独特的优势。

随着锑化物多元素复杂低维材料分子束外延技术的不断进步，国际上锑化物半导体相关的材料与光电器件技术创新发展十分迅速。上述锑化物半导体激光器研究成果突破了短波红外激光器技术领域长期卡脖子核心技术，将在危险气体检测、环境监测、医疗与激光加工等诸多高新技术产业发挥重要价值。