新制造方法可能降低用于传感的中红外激光器制造成本

近日，法国蒙佩利埃大学的研究人员首次在与微电子兼容的硅衬底上直接制备了高性能中红外激光二极管。这种新型激光器将有可能使低成本传感器实现广泛应用，这些传感器可用于空气污染监测、食品安全分析和管道泄漏检测等领域的实时、准确的传感。
       研究人员表示在与微电子兼容的硅材料上制造中红外激光器可以极大地降低成本，因为它们可以使用与制造硅微电子产品相同的量产技术制造。激光二极管是由半导体材料制成的，中红外线可以用一种被称为III-V的半导体来产生。近十年来，研究人员一直致力于用外延法在硅上沉积III-V半导体材料。尽管研究人员先前在硅衬底上演示了激光器，但这些衬底不符合微电子制造的工业标准。当使用工业兼容的硅时，硅和III-V半导体材料结构的差异会产生一种称为反相边界的特殊缺陷，这会造成设备的短路。研究人员们开发了一种新的外延方法，防止这些缺陷到达器件的有源部分。研究人员还改进了用外延材料制作激光二极管的工艺。因此，他们能够在工业兼容的硅基板上利用外延工具的单次运行来制造一个完整的激光器结构。研究人员通过这种新方法生产的中红外激光二极管在能在连续波模式下工作且光损耗低。他们现在计划研究新设备的寿命，以及设备寿命与制造和操作模式的相关性。
       研究人员使用的半导体材料允许在从1.5μm (通信波段)到25μm (远红外波段)的宽光谱范围内制造激光器或光电探测器，这种制造方法可应用于任何需要在硅平台上集成III-V半导体的领域。目前，研究人员们已经用这种新的外延方法制造了8μm的量子级联激光器。
      他们表示，一旦这种方法完全成熟，将进一步降低激光器制造成本，并使新设备的设计成为可能。这种新型激光器还可以与无源硅光子学集成电路或CMOS技术相结合，创建小型、低成本、智能的光子传感器，用于高灵敏度的气体和液体测量。

图:研究人员在与微电子兼容的硅衬底上直接制备了第一套中红外激光二极管。