研究人員首次在兼容微電子的矽基板上直接製造了高性能的中紅外激光二極管。新的激光器可以促進低成本傳(chuan) 感器的廣泛開發，從(cong) 而為(wei) 諸如空氣汙染監測、食品安全分析和檢測管道泄漏等應用提供實時、準確的環境傳(chuan) 感。

來自法國蒙彼利埃大學的研究小組負責人埃裏克·圖爾尼（EricTournié）說：“大多數光學化學傳(chuan) 感器都是基於(yu) 分子與(yu) 中紅外光之間的相互作用。在與(yu) 微電子兼容的矽上製造中紅外激光可以極大地降低其成本，因為(wei) 它們(men) 可以使用與(yu) 手機和計算機所用的矽微電子相同的大批量加工技術來製造。”

Tournié說：“在這個(ge) 項目中，我們(men) 正在通過開發用於(yu) 未來傳(chuan) 感器的上遊光子器件進行工作。稍後，這些新的中紅外激光器可以與(yu) 矽光子組件組合在一起，以創建智能的集成光子傳(chuan) 感器。”

激光二極管由將電轉換為(wei) 光的半導體(ti) 材料製成，可以使用一種稱為(wei) III-V的半導體(ti) 來產(chan) 生中紅外光。十幾年來，研究人員一直在使用一種稱為(wei) 外延的方法在矽上沉積III-V半導體(ti) 材料。

盡管研究人員之前在矽基板上演示了激光器，但這些基板與(yu) 微電子製造的行業(ye) 標準不兼容。當使用行業(ye) 兼容的矽時，矽和III-V半導體(ti) 的材料結構差異會(hui) 導致形成缺陷。

Tournié說：“一種稱為(wei) 反相邊界的特殊缺陷是設備殺手，因為(wei) 它會(hui) 造成短路。在這項新工作中，我們(men) 開發了一種外延方法，以防止這些缺陷到達器件的有源部分。”

研究人員還改進了由外延材料製造激光二極管的工藝，能夠通過一次外延工具在行業(ye) 兼容的矽基板上創建整個(ge) 激光結構。

研究人員通過生產(chan) 以連續波模式工作且光損耗低的中紅外激光二極管，展示了這種新方法。他們(men) 現在計劃研究新設備的壽命以及該壽命與(yu) 設備的製造和操作模式之間的關(guan) 係。

他們(men) 說，一旦他們(men) 的方法完全成熟，使用矽微電子工具在大型矽襯底（最大300毫米寬）上外延激光將改善對製造過程的控製。反過來，這將進一步降低激光器的製造成本，並使新設備的設計成為(wei) 可能。新的激光器還可以與(yu) 無源矽光子集成電路或CMOS技術結合使用，以創建小型，低成本，智能的光子傳(chuan) 感器，以高靈敏度進行氣體(ti) 和液體(ti) 測量。

Tournié說：“與(yu) 我們(men) 合作的半導體(ti) 材料允許製造在1.5微米（電信頻段）到25微米（遠紅外線）的寬光譜範圍內(nei) 工作的激光器或光電探測器。我們(men) 的製造方法可以應用於(yu) 需要在矽平台上集成III-V半導體(ti) 的任何領域。例如，我們(men) 已經通過應用這種新的外延方法製造了發射8微米波長的量子級聯激光器。”

論文標題為(wei) 《Mid-infrared laser diodes epitaxially grown on on-axis (001) silicon》。