中科院成功研制出國內首個GaAs基長波長激光器

    近日，由中科院半導體所半導體超晶格國家重點實驗室牛智川研究員承擔的GaAs基近紅外波段半導體光電子材料生長和激光器研究項目獲得重要突破。

    目前光通訊波段用的材料主要集中在以InP為基片的GaInAsP和GaAlInAs體系，這種材料系在與波分復用(WDM)技術相關的發(fā)射、調制、放大、波導、接收等以單元器件為基礎的小規(guī)模集成系統(tǒng)上，取得了成功，促進了光網(wǎng)絡、特別是光傳輸網(wǎng)絡的發(fā)展。而InP基材料也存在難以克服的缺點，因此，發(fā)展適于通訊波段的GaAs基新材料體系十分必要。
    未來的光纖網(wǎng)絡必須依靠各種光子集成功能器件來支撐，只有集成才能帶來速率的提高、功能的擴展、性能的優(yōu)化及高度的可靠與穩(wěn)定性，半導體材料光子集成技術因此成為國際學術界和產(chǎn)業(yè)界研發(fā)的熱點。近年來，歐、美、日等發(fā)達國家在GaAs基長波長材料研究方面投入大量人力物力。在InAs量子點、GaInNAs量子阱材料和器件方面不斷取得進展。

    在國內，中科院半導體研究所充分意識到這方面的研究工作不僅具有重要的學術價值，更有廣泛的市場應用前景，為使我們國家在這一領域掌握獨立知識產(chǎn)權，在科學研究和技術開發(fā)的激烈的國際競爭中立于不敗之地，自上世紀90年代末期開始在這方面開始了一系列研究工作。成立了由牛智川研究員領導的聯(lián)合課題組，課題組成員由半導體超晶格國家重點實驗室和國家光電子工藝中心分子束外延組構成。經(jīng)過刻苦努力，課題組在GaAs基近紅外波段半導體光電子材料生長和激光器研究項目不斷獲得重要突破。在2000年之前的初始階段，他們首先掌握了InAs量子點的分子束外延生長新技術，并開發(fā)了工作波長0.9-1.1微米激光器。第二階段至2002年，成功獲得1.3微米量子點生長技術，并突破性提高長波長量子點均勻性，室溫發(fā)光效率大幅度提高，研究結果創(chuàng)國際紀錄而受到國際關注。第三階段在最近的兩年里，成功突破了長波長高密度量子點的生長難題，制備出GaAs基InAs自組織量子點邊發(fā)射激光器，激射波長1.33微米，實現(xiàn)室溫連續(xù)工作。這是迄今為止國內首次成功制備GaAs基長波長激光器。是GaAs基近紅外材料在激光器、探測器等器件中得到推廣應用的最重要進展。其中關鍵性突破在于他們掌握了長波長高密度量子點的生長這一核心技術，同時還開發(fā)和優(yōu)化了新型GaAs基長波長激光器新工藝。

    這一科研成果成為我國在國際競爭日益激烈的光通訊用新一代GaAs基長波長光電子材料和器件研究領域的新突破，有望在不遠的時間里進一步開發(fā)成功面向實用化的光電子器件。
 
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