中科院成功研制出國內(nèi)首個GaAs基長波長激光器

    近日，由中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)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(dǎo)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(fù)用(WDM)技術(shù)相關(guān)的發(fā)射、調(diào)制、放大、波導(dǎo)、接收等以單元器件為基礎(chǔ)的小規(guī)模集成系統(tǒng)上，取得了成功，促進了光網(wǎng)絡(luò)、特別是光傳輸網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(dǎo)體材料光子集成技術(shù)因此成為國際學(xué)術(shù)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(nèi)，中科院半導(dǎo)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(xué)術(shù)價值，更有廣泛的市場應(yīng)用前景，為使我們國家在這一領(lǐng)域掌握獨立知識產(chǎn)權(quán)，在科學(xué)研究和技術(shù)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(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合課題組，課題組成員由半導(dǎo)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(gòu)成。經(jīng)過刻苦努力，課題組在GaAs基近紅外波段半導(dǎo)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(shù)，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(shù)，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(jié)果創(chuàng)國際紀錄而受到國際關(guān)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(nèi)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(yīng)用的最重要進展。其中關(guān)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(shù)，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(lǐng)域的新突破，有望在不遠的時間里進一步開發(fā)成功面向?qū)嵱没墓怆娮悠骷?
 
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