美國(guó)俄克拉荷馬大學(xué)開(kāi)發(fā)出帶間級(jí)聯(lián)砷化銦（InAs）襯底激光器，具有低閾值高電流運(yùn)行特征。研究人員聲稱(chēng)，溫度300K閾值電流為247A/cm2的4.6μm波長(zhǎng)器件是“有史以來(lái)同樣波長(zhǎng)閾值電流最低的半導(dǎo)體中紅外激光器”。
銻化鎵（GaSb）襯底帶間級(jí)聯(lián)激光器在3-4μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)取得良好成效。InAs襯底激光器波長(zhǎng)為11μm。這些激光器使用重?fù)诫s外覆層創(chuàng)建一個(gè)等離子體波導(dǎo)。然而這種激光器至今只驗(yàn)證了脈沖操作模式。研究人員稱(chēng)，奧克拉荷馬大學(xué)第一次創(chuàng)造出連續(xù)波工作模式。
采用n+-InAs覆層等離子體波導(dǎo)的問(wèn)題是高光吸收損失。一些小組試圖在光學(xué)限制成本內(nèi)插入厚（＞1μm）無(wú)摻雜的InAs單獨(dú)限制層來(lái)降低光學(xué)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(xué)已經(jīng)在等離子體外覆層和獨(dú)立約束層之間插入一個(gè)中間層。中間覆層將光場(chǎng)推到器件中心部分，并減少外部等離子體覆層中的電場(chǎng)，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(dǎo)體激光器異質(zhì)結(jié)構(gòu)。獨(dú)立的約束層和中間覆層對(duì)稱(chēng)分布在基于多個(gè)級(jí)聯(lián)的有源區(qū)域附近。中間覆層包括25A/23AInAs/AlSb超晶格結(jié)構(gòu)。銻化鋁（AlSb）的3A厚度層是砷化鋁(AlAs)的界面用作應(yīng)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(guò)渡/連接橋組成，連接橋由58nm寬InAs/AlSb(As)量子阱構(gòu)成。
各種寬面積的臺(tái)面條紋和窄脊半導(dǎo)體激光器由裸露的晶面生產(chǎn)制備。1.5-2.0mm激光棒外側(cè)配置銅熱沉。與無(wú)中間覆層半導(dǎo)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(shí)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(bào)告，“一個(gè)15級(jí)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(zhǎng)為4.6μm，是中紅外半導(dǎo)體激光器同類(lèi)波長(zhǎng)的最低閾值報(bào)道。另一個(gè)10級(jí)晶片R144在溫度高達(dá)377K發(fā)射激光，波長(zhǎng)近5.1μm。是此波長(zhǎng)電泵浦帶間激光器的最高工作溫度報(bào)道。”
10–12級(jí)大面積半導(dǎo)體激光器的特征溫度T0，表示閾移漂移46-57K，可與先進(jìn)的GaSb基帶間級(jí)聯(lián)激光器在3–4μm波長(zhǎng)區(qū)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(cè)試了連續(xù)波性能。10-12級(jí)激光器輸出波長(zhǎng)范圍為4.6-4.9μm。
10級(jí)激光器的工作電壓較低，實(shí)現(xiàn)了較高的溫度性能。10級(jí)激光器在溫度300K實(shí)現(xiàn)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(jí)聯(lián)激光器在3-4μm較短波長(zhǎng)范圍實(shí)現(xiàn)較低的輸入功率。研究人員說(shuō)，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(jié)果受到鼓勵(lì)。
10μm寬脊形激光器連續(xù)運(yùn)行時(shí)熱阻范圍為6.5-11k-cm2/kW。此值高于已經(jīng)報(bào)道的一個(gè)有較厚超晶格覆層（無(wú)中間覆層）的激光器熱阻。這表明，InAs帶間級(jí)聯(lián)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(dǎo)體激光器有相似的高溫極限，達(dá)到376K。然而溫度低于320K時(shí)，電流閾值增高45-71%。在3-4μm短波區(qū)間，帶間級(jí)聯(lián)窄脊激光閾值比大面積激光器高21%。
研究小組寫(xiě)道，“由于不完善的鈍化，從側(cè)壁產(chǎn)生大量漏電流，這意味著通過(guò)減少表面泄漏可實(shí)現(xiàn)更好性能。”在溫度310K時(shí)窄脊激光器有大量跳模，表明材料不均勻性是個(gè)問(wèn)題。
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