近(jin)日，國(guo)際(ji)半導(dao)體(ti)產業雜志Semiconductor Today報(bao)道(dao)了(le)中(zhong)國(guo)科學院蘇(su)州納米技術與納米仿(fang)生研(yan)究所張子旸課題(ti)組與中(zhong)國(guo)科學院半導(dao)體(ti)研(yan)究所劉峰奇、王(wang)占國(guo)實(shi)驗室合作研(yan)制中(zhong)紅(hong)外寬譜光源陣列的最新成果。該成果發表在Optics Letters上。

中(zhong)紅外寬(kuan)譜光(guang)源(yuan)基于半導體(ti)量(liang)子(zi)級(ji)(ji)聯材料(liao)，光(guang)源(yuan)的(de)有源(yuan)層由30個重(zhong)復的(de)級(ji)(ji)聯周(zhou)(zhou)(zhou)期組(zu)成，各周(zhou)(zhou)(zhou)期之間通(tong)過低摻雜的(de)n型(xing)InGaAs分隔開。研究(jiu)人員所設(she)計的(de)有源(yuan)區能(neng)帶結構(gou)如圖1所示，它采用(yong)了雙聲子(zi)共振結構(gou)，一個周(zhou)(zhou)(zhou)期的(de)有源(yuan)區包含(han)四(si)個耦合的(de)應(ying)變補償(chang)In0.678Ga0.322As/In0.365Al0.635As量(liang)子(zi)阱。這(zhe)種結構(gou)通(tong)過兩次光(guang)學聲子(zi)輔助(zhu)弛豫來實現更(geng)高效的(de)低能(neng)級(ji)(ji)載流(liu)子(zi)抽運，從而增大粒子(zi)數反轉(zhuan)，提(ti)高自發輻射效率(lv)。使用(yong)這(zhe)種材料(liao)結構(gou)的(de)寬(kuan)譜光(guang)源(yuan)具(ju)有閾值電流(liu)密度更(geng)低、輸出功率(lv)更(geng)高等優勢。

圖1：基于四阱耦合雙聲子共振的量子級聯能帶結構

為(wei)了(le)獲得抑制激射(she)實現(xian)超輻射(she)發(fa)光所(suo)需要的低反(fan)射(she)率(lv)(小(xiao)于10-6)，中紅(hong)外寬(kuan)譜(pu)光源器件(jian)尺寸一(yi)般(ban)比較大(da)，因(yin)此很難制備成(cheng)集成(cheng)的器件(jian)陣(zhen)列結(jie)(jie)構。研(yan)究人員(yuan)所(suo)設計(ji)的寬(kuan)譜(pu)光源器件(jian)波導(dao)結(jie)(jie)構如圖2所(suo)示，這是(shi)一(yi)種(zhong)雙(shuang)溝道(dao)脊(ji)型分(fen)(fen)段波導(dao)器件(jian)結(jie)(jie)構，由直條(tiao)端、傾斜條(tiao)形(xing)區、J型波導(dao)三(san)部分(fen)(fen)組成(cheng)。這種(zhong)波導(dao)結(jie)(jie)構通過兩次反(fan)射(she)率(lv)的突變，利(li)用比較小(xiao)的器件(jian)尺寸就滿足了(le)低反(fan)射(she)率(lv)的要求。基于這一(yi)結(jie)(jie)構，研(yan)究人員(yuan)制備了(le)一(yi)系列寬(kuan)譜(pu)光源陣(zhen)列，得到了(le)室溫連續輸出功率(lv)2.4mW，譜(pu)寬(kuan)199cm-1，遠場發(fa)散(san)角20°。中紅(hong)外光源在大(da)氣(qi)通信(xin)、空間遙感、化學(xue)檢測(ce)、醫療診斷等領域有著重要應用。該工(gong)作得到國家重點研(yan)發(fa)計(ji)劃和自(zi)然(ran)科學(xue)基金的資(zi)助支持(chi)。

圖2：中紅外量子級聯寬譜光源器件陣列示意圖。

左上：顯微圖像，右上：SEM圖像。