中科院成功研制出世界首只GaInNAsGaAs多量子阱諧振腔增強探測器

由中國科學院半導體研究所承擔的國家“973”項目、“863”項目和中科院重大項目“新一代鎵銦氮砷(GaInNAs)長波長光電子材料與器件”近日取得重要突破。在國際上首次研制出第一只鎵銦氮砷/鎵砷(GaInNAs/GaAs)多量子阱諧振腔增強探測器，室溫探測模式波長1.55微米，量子效率34%，響應度大于0.4安培/瓦，暗電流密度小于4.96E-3安培/平方米，響應時間1納秒；在國內(nèi)首次制備出第一只鎵銦氮砷/鎵砷(GaInNAs/GaAs)量子阱邊發(fā)射激光器，實現(xiàn)室溫連續(xù)激射，激射波長1.30微米，采用脊形波導條形結(jié)構(gòu)腔面鍍膜的激光器閾值電流密度小于650安培/平方厘米，輸出功率大于30毫瓦。鎵銦氮砷/鎵砷量子阱長波長探測器和激光器的研制成功，標志著我國砷化鎵基近紅外波段光電子材料與器件的研究水平已進入世界先進行列。

 鎵銦氮砷(GaInNAs)屬四元半導體化合物，是新一代半導體長波長光電子材料，是制備光通訊、光互聯(lián)等多種用途新一代光電子器件的理想材料。將比現(xiàn)有的商用磷化銦基材料和器件的成本更低、性能更穩(wěn)定，更有利于制備規(guī)?；雽w單片光子、光電子功能集成器件，市場應用前景廣闊。隨著互聯(lián)網(wǎng)等信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，高速、大容量光纖通訊網(wǎng)絡的市場需求逐年成倍增長，發(fā)展適于光通訊波段的砷化鎵基新一代半導體材料和光子集成器件已經(jīng)成為國際學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研發(fā)的熱點。鎵銦氮砷/鎵砷量子阱長波長探測器和激光器材料制備技術(shù)難度很大，是近年來歐、美、日等發(fā)達國家的研究重點，競爭非常激烈。

半導體所研制成功鎵銦氮砷/鎵砷量子阱長波長探測器和激光器，最關(guān)鍵的突破在于掌握了制備鎵銦氮砷材料的核心技術(shù)，擁有多項自主知識產(chǎn)權(quán)。主要創(chuàng)新成果包括：發(fā)明了“氮氣源瞬態(tài)控制裝置”，從根本上改善了氮源的可重復精確控制。此技術(shù)已申報國家發(fā)明專利；掌握了大應變量子阱的低溫生長技術(shù)；采用了高銦含量、小氮含量的量子阱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法；這些創(chuàng)新性研究方法保障了在拓展鎵銦氮砷量子阱發(fā)光波長的同時，大幅度提高鎵銦氮砷量子阱的發(fā)光效率。

 在知識創(chuàng)新工程的大力支持下，科研人員協(xié)作創(chuàng)新，經(jīng)過多年艱苦攻關(guān)，在砷化鎵基近紅外材料和器件研究方面，掌握發(fā)明專利技術(shù)10項，取得了一系列有國際影響的研究成果。
 

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