最近，中科院半導(dǎo)體研究所超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牛智川團(tuán)隊(duì)在銻化物半導(dǎo)體單模和大功率量子阱激光器研究方面取得新突破。

金屬光柵側(cè)向耦合分布反饋(LC-DFB)量子阱單模激光器實(shí)現(xiàn)2μm波段高邊模抑制比(～53dB)下的高功率(>40mW)室溫連續(xù)輸出。FP腔量子阱大功率激光器單管和巴條組件分別實(shí)現(xiàn)1.62瓦和16瓦的室溫連續(xù)輸出功率，一舉突破高端激光器進(jìn)口限制性能的規(guī)定條款。

CPB文章中大功率線陣激光器功率圖

牛智川研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在國(guó)家973重大科學(xué)研究計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目及重點(diǎn)項(xiàng)目等的支持下，深入研究了銻化物半導(dǎo)體的材料基礎(chǔ)物理、異質(zhì)結(jié)低維材料外延生長(zhǎng)和光電器件的制備技術(shù)等，系統(tǒng)性掌握了銻化物量子阱、超晶格低維材料物理特性理論分析和分子束外延生長(zhǎng)方法，在突破了銻化物量子阱激光器的刻蝕與鈍化等核心工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)金屬光柵側(cè)向耦合分布反饋(LC-DFB)結(jié)構(gòu)成功實(shí)現(xiàn)了2μm波段高性能單模激光器，邊模抑制比達(dá)到53dB是目前同類器件的最高值，同時(shí)輸出功率達(dá)到40mW是目前同類器件的3倍以上。

相關(guān)成果在Appl.Phys.Lett.114,021102(2019)發(fā)表后立刻被國(guó)際著名《化合物半導(dǎo)體，Compound Semiconductor 2019年第2期》長(zhǎng)篇報(bào)道，指出：“該單模激光器開(kāi)創(chuàng)性提升邊模抑制比，為天基衛(wèi)星載LIDAR系統(tǒng)和氣體檢測(cè)系統(tǒng)提供了有競(jìng)爭(zhēng)力的光源器件”。在銻化物量子阱大功率激光器方面，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用數(shù)字合金法生長(zhǎng)波導(dǎo)層等關(guān)鍵技術(shù)，研制成功2μm波段的InGaSb/AlGaAsSb應(yīng)變量子阱大功率激光器，其單管器件的室溫連續(xù)輸出功率達(dá)到1.62瓦、巴條(線陣)激光器組件的室溫連續(xù)輸出功率16瓦，綜合性能達(dá)到國(guó)際一流水平并突破國(guó)外高功率半導(dǎo)體激光器出口限制規(guī)定的性能條款。相關(guān)成果被選為Chin. Phys. B. 28(1), (2019)封面文章。

GaSb基InGaAsSb晶格匹配異質(zhì)結(jié)量子阱的能帶帶隙可調(diào)范圍覆蓋了1.8μm～4.0μm的短波紅外區(qū)域，與該波段的其它激光材料體系相比，其在研制電直接驅(qū)動(dòng)下高光電效率的激光器方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

近年來(lái)，隨著銻化物多元素復(fù)雜低維材料分子束外延技術(shù)的不斷進(jìn)步，國(guó)際上銻化物半導(dǎo)體相關(guān)的材料與光電器件技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展十分迅速。上述銻化物半導(dǎo)體激光器研究成果突破了短波紅外激光器技術(shù)領(lǐng)域長(zhǎng)期“卡脖子”的核心技術(shù)，將在危險(xiǎn)氣體檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療與激光加工等諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)揮不可替代的重要價(jià)值。

該項(xiàng)目研究工作先后達(dá)到國(guó)家973重大科學(xué)研究計(jì)劃課題2013CB942904、2014CB643903、國(guó)家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目61790580和重點(diǎn)項(xiàng)目61435012等的資助。