維也納技術大學推出量子級聯激光器和探測器組合技術

奧地利維也納技術大學已經改進其雙功能6.8μm量子級聯激光器和探測器（QCLD）技術[作者Benedikt Schwarz等。發表於應用物理快報，2015年107卷第071104頁]。將量子級聯激光器（QCL）和量子級聯探測器（QCDS）單片集成可以製備緊湊型光譜係統，用於環境監測和醫療應用，比如痕量氣體檢測、血清分析等。

在同一外延材料上集成高效率激光器和探測器是一個挑戰，因為一種模式優化設計並不適用另一種模式。此外，由於峰值波長依賴偏置電壓，難以在激光輻射和探測器光響應之間維持光譜重疊。

維亞納大學研究人員評論說：“以前的設計表明激光器和探測器能在室溫工作，由於大閾值電流密度和低牆插效率，僅限於低占空比操作。”團隊已經精細設計以提高激光性能，並聲稱“雙功能設計可以達到與傳統量子級聯激光器相比較的脈衝性能”。

利用分子束外延（MBE）在磷化銦（InP）上生長量子級聯激光器和探測器。設計包括35個周期的有源區域和兩個低摻雜砷化镓銦（InGaAs）約束層。激光器和探測器製備在10μ米寬的氮化矽絕緣脊和退火的鈦/金觸點上。設備安裝在銦鍵合銅表麵上。

研究人員報告說，新的激光裝置改進了脈衝模式（100ns在 10kHz）的所有特征參數。采用3mm長的法布裏-珀羅脊，室溫閾值電流為3kA／cm2，以前的QCLD 器件技術閾值為6kA / cm2。同時，光輸出是470mW（以前為200MW）。總的壁插效率為4.5%，這是具有波導結構傳統QCL壁插效率的二分之一或三分之一。一些小組已經實現了高達50%的壁插效率。

對於探測器部分，0.5mm長脊在零偏壓時峰值響應為40mA/W。在峰值波長微分電阻1.6KΩ時Johnson /熱噪聲等效功率（NEP）達到80 pW /√Hz。研究人員指出，受製於劈裂工藝脊長限製在0.5mm。光刻和幹法蝕刻可以減少脊長度。團隊評論說：“15μm脊長會優化約翰遜噪聲限製等效功率，50μm脊長器件具有較高響應率。

芯片結構配置上激光器和探測器之間有一個小氣隙，峰值絕對不飽和光電流為9mA。

轉載請注明出處。