發布日期：2022-10-09 點擊率：85
美國俄克拉荷馬大學開發出帶間級聯砷化銦（InAs）襯底激光器，具有低閾值高電流運行特征。研究人員聲稱，溫度300K閾值電流為247A/cm2的4.6μm波長器件是“有史以來同樣波長閾值電流最低的半導體中紅外激光器”。
銻化鎵（GaSb）襯底帶間級聯激光器在3-4μm波長范圍內取得良好成效。InAs襯底激光器波長為11μm。這些激光器使用重摻雜外覆層創建一個等離子體波導。然而這種激光器至今只驗證了脈沖操作模式。研究人員稱，奧克拉荷馬大學第一次創造出連續波工作模式。
采用n+-InAs覆層等離子體波導的問題是高光吸收損失。一些小組試圖在光學限制成本內插入厚（＞1μm）無摻雜的InAs單獨限制層來降低光學增益，增加電流閾值。為了嘗試獲得最好的兩種方法，奧克拉荷馬大學已經在等離子體外覆層和獨立約束層之間插入一個中間層。中間覆層將光場推到器件中心部分，并減少外部等離子體覆層中的電場，避免吸收損耗。
采用分子束外延（MBE）在n型InAs襯底上制備半導體激光器異質結構。獨立的約束層和中間覆層對稱分布在基于多個級聯的有源區域附近。中間覆層包括25A/23AInAs/AlSb超晶格結構。銻化鋁（AlSb）的3A厚度層是砷化鋁(AlAs)的界面用作應力平衡。載流子在中間覆層和激光器的其他部分之間光滑傳輸，其他部分由過渡/連接橋組成，連接橋由58nm寬InAs/AlSb(As)量子阱構成。
各種寬面積的臺面條紋和窄脊半導體激光器由裸露的晶面生產制備。1.5-2.0mm激光棒外側配置銅熱沉。與無中間覆層半導體激光器相比，有中間覆層大面積（BA）激光器脈沖操作模式時具有低于300K的閾值電流密度和較高的操作溫度。
研究人員報告，“一個15級晶片大面積激光器R140的閾值電流密度Jth=247A/cm2，在溫度300K波長為4.6μm，是中紅外半導體激光器同類波長的最低閾值報道。另一個10級晶片R144在溫度高達377K發射激光，波長近5.1μm。是此波長電泵浦帶間激光器的最高工作溫度報道。”
10–12級大面積半導體激光器的特征溫度T0，表示閾移漂移46-57K，可與先進的GaSb基帶間級聯激光器在3–4μm波長區域的閾移漂移相提并論。用4μm電鍍金頂接觸的窄脊激光器測試了連續波性能。10-12級激光器輸出波長范圍為4.6-4.9μm。
10級激光器的工作電壓較低，實現了較高的溫度性能。10級激光器在溫度300K實現輸出功率每晶面1.6mW。輸入功率閾值小于0.52W。銻化鎵（GaSb）帶間級聯激光器在3-4μm較短波長范圍實現較低的輸入功率。研究人員說，他們從最初在InAs襯底集成電路激光器中嘗試嵌入中間覆層的結果受到鼓勵。
10μm寬脊形激光器連續運行時熱阻范圍為6.5-11k-cm2/kW。此值高于已經報道的一個有較厚超晶格覆層（無中間覆層）的激光器熱阻。這表明，InAs帶間級聯激光器還有提高熱耗散的潛力。
在脈沖工作模式窄脊激光器與大面積半導體激光器有相似的高溫極限，達到376K。然而溫度低于320K時，電流閾值增高45-71%。在3-4μm短波區間，帶間級聯窄脊激光閾值比大面積激光器高21%。
研究小組寫道，“由于不完善的鈍化，從側壁產生大量漏電流，這意味著通過減少表面泄漏可實現更好性能。”在溫度310K時窄脊激光器有大量跳模，表明材料不均勻性是個問題。
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