近日，睿創研究院及睿創光子團隊在中紅外帶間級聯激光器（Interband cascade laser，ICL）的研究取得重要進展，相關(guan) 團隊實現了高性能、室溫連續工作、多個(ge) 激射波長的帶間級聯激光器係列，結合分子束外延技術，在InAs襯底上生長帶間級聯激光器材料，製備的窄脊器件室溫激射波長接近4.6μm和5.2μm。

據悉，目前大部分帶間級聯激光器生長在GaSb襯底上，而睿創團隊報道的帶間級聯激光器生長在InAs襯底上，波導包層由InAs／AlSb超晶格和高摻雜的InAs層構成。相比於(yu) 常見的GaSb基帶間級聯激光器，InAs基帶間激光器在較長波長處（例如長於(yu) 4.5μm）具有更低的閾值電流密度。

（a）4.6μm波長、2mm腔長、10μm脊寬的器件在20℃－64℃之間連續激射光譜；

（b）同一器件在20℃－64℃之間的連續電流－電壓－功率曲線

對於(yu) 4.6μm波長的帶間級聯激光器，寬脊器件室溫脈衝(chong) 閾值電流密度為(wei) 292A／cm²；2mm腔長和10μm脊寬的窄脊器件的連續工作溫度可達64℃，室溫輸出功率為(wei) 20mW；在相近波長處為(wei) 目前報道的最高連續工作溫度。對於(yu) 5.2μm波長的帶間級聯激光器，寬脊器件室溫脈衝(chong) 閾值電流密度為(wei) 306A／cm²；2mm腔長和10μm脊寬的窄脊器件最高連續工作溫度為(wei) 41℃，室溫輸出功率為(wei) 10mW；其中閾值電流密度在類似波長為(wei) 報道的最低水平。

相關(guan) 論文“High－temperature continuous－wave operation of InAs－based interband cascade laser”（DOI：10．1063／5．0171089）和“InAs－based interband cascade laser operating at 5．17 μm in continuous wave above room temperature”（10．1109／LPT．2023．3335856）分別發表於(yu) Applied Physics Letters 和IEEE Photonics Technology Letters。

（a）5.2μm波長、2mm腔長、10μm脊寬的器件在15℃－41℃之間連續激射光譜；

（b）同一器件在15℃－41℃之間的連續電流－電壓－功率曲線

帶間級聯激光器是基於(yu) 能帶工程和量子力學產(chan) 生激射，技術含量很高並且研製難點眾(zhong) 多，是國家納米和量子器件核心技術的重要體(ti) 現，目前和量子級聯激光器（Quantum cascade laser，QCL）並列為(wei) 重要的中紅外激光光源，在環境監測、工業(ye) 控製、醫療診斷和自由空間通信等領域具有重要的應用價(jia) 值和科學意義(yi) 。

帶間級聯激光器的原始概念由美國俄克拉荷馬大學的楊瑞青教授（Rui Q． Yang）於(yu) 1994年首次提出，目前基本上都采用近晶格匹配的InAs／GaSb／AlSb三五族材料體(ti) 係來構造，有源區大多為(wei) InAs／GaInSb二類量子阱，其能力可覆蓋從(cong) 中紅外到遠紅外的波長範圍。

帶間級聯激光器結合了傳(chuan) 統半導體(ti) 二級管激光器和量子級聯激光器的優(you) 勢，與(yu) 同樣能覆蓋中紅外波段的量子級聯激光器相比，具有更低的閾值功耗密度和閾值電流密度，這種極低功耗的優(you) 勢在一些需要便攜和電池供電設備的應用中顯得非常重要。

目前全球帶間級聯激光器市場仍由國外企業(ye) 占據主導地位，國內(nei) 仍處於(yu) 產(chan) 業(ye) 發展的初始階段。本文報道的這兩(liang) 項工作標誌著睿創光子在帶間級聯激光器的外延設計和器件製備等多個(ge) 方麵同時達到了較高的技術水平，成為(wei) 掌握高性能帶間級聯激光器技術的企業(ye) 。該工作也為(wei) 後續單模可調諧的DFB帶間級聯激光器的研發和量產(chan) 打下了堅實的基礎。