高性能激光制造突破应有低成本激光器

时间：2022-04-07 11:25:06 来源：

在微电子兼容硅上种植的激光是朝着低成本，智能，集成的中红外光子传感器的重要步骤。

首次，研究人员首次制造了高性能中红外激光二极管，直接在微电子兼容的硅基板上。新激光器可以实现低成本传感器的广泛开发，用于实时，准确的环境感测，以适用于空气污染监测，食品安全分析和检测管道中的泄漏等应用。

“大多数光学化学传感器基于感兴趣的分子与中红外光线之间的相互作用，”法国蒙彼利埃大学的研究团队领导者EricTournié表示。“在微电子兼容硅上制造中红外激光器可以大大降低成本，因为它们可以使用相同的高批量加工技术制造，用于制造电机手机和计算机的硅微电子。”

新的制造方法描述了Inoptica，光学社会（OSA）为高影响研究杂志。该作品是在额外设施和Redfinch联盟的一部分进行的，该联盟正在开发小型化，便携式低成本光学传感器，用于气体和液体中的化学检测。

“对于这个项目，我们正在上游通过开发未来传感器的光子设备，”Tournié说。“在稍后的舞台上，这些新的中红外激光器可以与硅光子组件结合，以创建智能，集成的光子传感器。”

行业兼容的制作

激光二极管由将电力转换为光的半导体材料制成。可以使用称为III-V的半导体来创建中红外光。大约十年来，研究人员一直在使用称为外延的方法在硅上沉积III-V半导体材料。

虽然研究人员以前在硅基上展示了激光，但这些基材与用于微电子制造的行业标准不兼容。当使用行业兼容的硅时，硅的材料结构的差异和III-V半导体的差异导致形成缺陷。

“称为抗相边界的特定缺陷是一个设备杀手，因为它会产生短路，”Tournié说。“在这项新工作中，我们开发了一种外延方法，防止这些缺陷到达设备的活动部分。”

研究人员还改善了用于从外延材料制造激光二极管的过程。结果，它们能够在行业兼容的硅衬底上产生整个激光结构，其具有单一的外延工具。

高性能激光器

研究人员通过生产以连续波模式运行的中红外激光二极管并表现出低光损失来证明了新方法。他们现在计划研究新设备的一生以及该寿命如何涉及设备的制造和操作模式。

他们说，一旦它们的方法完全成熟，使用硅片微电子工具的大型硅基板（高达300毫米）的激光器的外延将改善对制造过程的控制。反过来，这将进一步降低激光制造成本并实现新设备的设计。新的激光器也可以与被动硅光子集成电路或CMOS技术相结合，以为气体和液体测量产生小，低成本，智能光子传感器，具有高灵敏度。

“我们用的半导体材料允许在广谱范围内制造在1.5微米（电信频带）到25微米（远红外）中操作的激光或光电探测器”。“我们的制造方法可以应用于需要在硅平台上集成III-V半导体的任何领域。例如，我们已经制造了通过应用这种新的外延方法在8微米发出的量子级联激光器。“

参考：“中红外激光二极管在轴上生长在轴上（001）硅”，由Marta Rio Calicon，Laura MongeBartolomé，Michael Bahriz，Guilhem Boissier，Laurent Cerutti，Jean-Baptiste Rodriguez和EricTournié，2012年3月26日，Optica.doi ：
10.1364 / Optica.388383

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