奧地利維也納技術(shù)大學(xué)已經(jīng)改進(jìn)其雙功能6.8μm量子級(jí)聯(lián)激光器和探測器（QCLD）技術(shù)[作者Benedikt Schwarz等。發(fā)表于應(yīng)用物理快報(bào)，2015年107卷第071104頁]。將量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）和量子級(jí)聯(lián)探測器（QCDS）單片集成可以制備緊湊型光譜系統(tǒng)，用于環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療應(yīng)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(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)橐环N模式優(yōu)化設(shè)計(jì)并不適用另一種模式。此外，由于峰值波長依賴偏置電壓，難以在激光輻射和探測器光響應(yīng)之間維持光譜重疊。
維亞納大學(xué)研究人員評(píng)論說：“以前的設(shè)計(jì)表明激光器和探測器能在室溫工作，由于大閾值電流密度和低墻插效率，僅限于低占空比操作。”團(tuán)隊(duì)已經(jīng)精細(xì)設(shè)計(jì)以提高激光性能，并聲稱“雙功能設(shè)計(jì)可以達(dá)到與傳統(tǒng)量子級(jí)聯(lián)激光器相比較的脈沖性能”。
利用分子束外延（MBE）在磷化銦（InP）上生長量子級(jí)聯(lián)激光器和探測器。設(shè)計(jì)包括35個(gè)周期的有源區(qū)域和兩個(gè)低摻雜砷化鎵銦（InGaAs）約束層。激光器和探測器制備在10μ米寬的氮化硅絕緣脊和退火的鈦/金觸點(diǎn)上。設(shè)備安裝在銦鍵合銅表面上。
研究人員報(bào)告說，新的激光裝置改進(jìn)了脈沖模式（100ns在 10kHz）的所有特征參數(shù)。采用3mm長的法布里-珀羅脊，室溫閾值電流為3kA／cm2，以前的QCLD 器件技術(shù)閾值為6kA / cm2。同時(shí)，光輸出是470mW（以前為200MW）。總的壁插效率為4.5%，這是具有波導(dǎo)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)QCL壁插效率的二分之一或三分之一。一些小組已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)50%的壁插效率。
對(duì)于探測器部分，0.5mm長脊在零偏壓時(shí)峰值響應(yīng)為40mA/W。在峰值波長微分電阻1.6KΩ時(shí)Johnson /熱噪聲等效功率（NEP）達(dá)到80 pW /√Hz。研究人員指出，受制于劈裂工藝脊長限制在0.5mm。光刻和干法蝕刻可以減少脊長度。團(tuán)隊(duì)評(píng)論說：“15μm脊長會(huì)優(yōu)化約翰遜噪聲限制等效功率，50μm脊長器件具有較高響應(yīng)率。
芯片結(jié)構(gòu)配置上激光器和探測器之間有一個(gè)小氣隙，峰值絕對(duì)不飽和光電流為9mA。
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