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結薄層內由量子限制效應引起的分離電子態(tài)，在這些激發(fā)態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉，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，因技術含量很高，相關產(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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