维也纳技术大学推出量子级联激光器和探测器组合技术

奥地利维也纳技术大学已经改进其双功能6.8μm量子级联激光器和探测器（QCLD）技术[作者Benedikt Schwarz等。发表于应用物理快报，2015年107卷第071104页]。将量子级联激光器（QCL）和量子级联探测器（QCDS）单片集成可以制备紧凑型光谱系统，用于环境监测和医疗应用，比如痕量气体检测、血清分析等。

在同一外延材料上集成高效率激光器和探测器是一个挑战，因为一种模式优化设计并不适用另一种模式。此外，由于峰值波长依赖偏置电压，难以在激光辐射和探测器光响应之间维持光谱重叠。

维亚纳大学研究人员评论说：“以前的设计表明激光器和探测器能在室温工作，由于大阈值电流密度和低墙插效率，仅限于低占空比操作。”团队已经精细设计以提高激光性能，并声称“双功能设计可以达到与传统量子级联激光器相比较的脉冲性能”。

利用分子束外延（MBE）在磷化铟（InP）上生长量子级联激光器和探测器。设计包括35个周期的有源区域和两个低掺杂砷化镓铟（InGaAs）约束层。激光器和探测器制备在10μ米宽的氮化硅绝缘脊和退火的钛/金触点上。设备安装在铟键合铜表面上。

研究人员报告说，新的激光装置改进了脉冲模式（100ns在 10kHz）的所有特征参数。采用3mm长的法布里-珀罗脊，室温阈值电流为3kA／cm2，以前的QCLD 器件技术阈值为6kA / cm2。同时，光输出是470mW（以前为200MW）。总的壁插效率为4.5%，这是具有波导结构传统QCL壁插效率的二分之一或三分之一。一些小组已经实现了高达50%的壁插效率。

对于探测器部分，0.5mm长脊在零偏压时峰值响应为40mA/W。在峰值波长微分电阻1.6KΩ时Johnson /热噪声等效功率（NEP）达到80 pW /√Hz。研究人员指出，受制于劈裂工艺脊长限制在0.5mm。光刻和干法蚀刻可以减少脊长度。团队评论说：“15μm脊长会优化约翰逊噪声限制等效功率，50μm脊长器件具有较高响应率。

芯片结构配置上激光器和探测器之间有一个小气隙，峰值绝对不饱和光电流为9mA。

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