中科院成功研制出世界首只GaInNAsGaAs多量子阱諧振腔增強(qiáng)探測器

由中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所承擔(dān)的國家“973”項(xiàng)目、“863”項(xiàng)目和中科院重大項(xiàng)目“新一代鎵銦氮砷(GaInNAs)長波長光電子材料與器件”近日取得重要突破。在國際上首次研制出第一只鎵銦氮砷/鎵砷(GaInNAs/GaAs)多量子阱諧振腔增強(qiáng)探測器，室溫探測模式波長1.55微米，量子效率34%，響應(yīng)度大于0.4安培/瓦，暗電流密度小于4.96E-3安培/平方米，響應(yīng)時(shí)間1納秒；在國內(nèi)首次制備出第一只鎵銦氮砷/鎵砷(GaInNAs/GaAs)量子阱邊發(fā)射激光器，實(shí)現(xiàn)室溫連續(xù)激射，激射波長1.30微米，采用脊形波導(dǎo)條形結(jié)構(gòu)腔面鍍膜的激光器閾值電流密度小于650安培/平方厘米，輸出功率大于30毫瓦。鎵銦氮砷/鎵砷量子阱長波長探測器和激光器的研制成功，標(biāo)志著我國砷化鎵基近紅外波段光電子材料與器件的研究水平已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

 鎵銦氮砷(GaInNAs)屬四元半導(dǎo)體化合物，是新一代半導(dǎo)體長波長光電子材料，是制備光通訊、光互聯(lián)等多種用途新一代光電子器件的理想材料。將比現(xiàn)有的商用磷化銦基材料和器件的成本更低、性能更穩(wěn)定，更有利于制備規(guī)模化半導(dǎo)體單片光子、光電子功能集成器件，市場應(yīng)用前景廣闊。隨著互聯(lián)網(wǎng)等信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，高速、大容量光纖通訊網(wǎng)絡(luò)的市場需求逐年成倍增長，發(fā)展適于光通訊波段的砷化鎵基新一代半導(dǎo)體材料和光子集成器件已經(jīng)成為國際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研發(fā)的熱點(diǎn)。鎵銦氮砷/鎵砷量子阱長波長探測器和激光器材料制備技術(shù)難度很大，是近年來歐、美、日等發(fā)達(dá)國家的研究重點(diǎn)，競爭非常激烈。

半導(dǎo)體所研制成功鎵銦氮砷/鎵砷量子阱長波長探測器和激光器，最關(guān)鍵的突破在于掌握了制備鎵銦氮砷材料的核心技術(shù)，擁有多項(xiàng)自主知識產(chǎn)權(quán)。主要?jiǎng)?chuàng)新成果包括：發(fā)明了“氮?dú)庠此矐B(tài)控制裝置”，從根本上改善了氮源的可重復(fù)精確控制。此技術(shù)已申報(bào)國家發(fā)明專利；掌握了大應(yīng)變量子阱的低溫生長技術(shù)；采用了高銦含量、小氮含量的量子阱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；這些創(chuàng)新性研究方法保障了在拓展鎵銦氮砷量子阱發(fā)光波長的同時(shí)，大幅度提高鎵銦氮砷量子阱的發(fā)光效率。

 在知識創(chuàng)新工程的大力支持下，科研人員協(xié)作創(chuàng)新，經(jīng)過多年艱苦攻關(guān)，在砷化鎵基近紅外材料和器件研究方面，掌握發(fā)明專利技術(shù)10項(xiàng)，取得了一系列有國際影響的研究成果。
 

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