2020-03-27 00:20:01
新的制造方法为低成本的中红外激光器铺平了道路可用于传感

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研究人员首次在兼容微电子的硅基板上直接制造了高性能的中红外激光二极管。新的激光器可以促进低成本传感器的广泛开发,从而为诸如空气污染监测,食品安全分析和检测管道泄漏等应用提供实时,准确的环境传感。

来自法国蒙彼利埃大学的研究小组负责人埃里克·图尔尼(EricTournié)说:“大多数光学化学传感器都是基于目标分子与中红外光之间的相互作用。” “在与微电子兼容的硅上制造中红外激光可以极大地降低其成本,因为它们可以使用与制造用于手机和计算机的硅微电子相同的大批量加工技术来制造。”

这种新的制造方法在光学协会(OSA)的Optica期刊中进行了描述,以用于高冲击研究。该工作是在EXTRA设施以及REDFINCH财团的一部分下进行的,该财团正在开发用于便携式气体和液体化学检测的小型便携式低成本光学传感器。

Tournié说:“在这个项目中,我们正在通过开发用于未来传感器的光子器件进行上游工作。” “稍后,这些新的中红外激光器可以与硅光子组件组合在一起,以创建智能的集成光子传感器。”

行业兼容的制造

激光二极管由将电转换为光的半导体材料制成。可以使用一种称为III-V的半导体来产生中红外光。大约十年来,研究人员一直在使用一种称为外延的方法在硅上沉积III-V半导体材料。

尽管研究人员先前在硅基板上演示了激光,但这些基板与微电子制造的行业标准不兼容。当使用行业兼容的硅时,硅和III-V半导体的材料结构差异会导致形成缺陷。

Tournié说:“一种称为反相边界的特殊缺陷是设备杀手,因为它会造成短路。” “在这项新工作中,我们开发了一种外延方法,以防止这些缺陷到达器件的有源部分。”

研究人员还改进了由外延材料制造激光二极管的工艺。结果,他们能够通过一次外延工具在行业兼容的硅基板上创建整个激光结构。

高性能激光

研究人员通过生产以连续波模式工作且光损耗低的中红外激光二极管,展示了这种新方法。他们现在计划研究新设备的寿命以及该寿命与设备的制造和操作模式之间的关系。

他们说,一旦他们的方法完全成熟,使用硅微电子工具在大型硅衬底(最大300毫米宽)上外延激光将改善对制造过程的控制。反过来,这将进一步降低激光器的制造成本,并使新设备的设计成为可能。新的激光器还可以与无源硅光子集成电路或CMOS技术结合使用,以创建小型,低成本,智能的光子传感器,以高灵敏度进行气体和液体测量。

Tournié说:“与我们合作的半导体材料允许制造在1.5微米(电信频段)到25微米(远红外线)的宽光谱范围内工作的激光器或光电探测器。” “我们的制造方法可以应用于需要在硅平台上集成III-V半导体的任何领域。例如,我们已经通过应用这种新的外延方法制造了发射8微米波长的量子级联激光器。”

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