世界上首次�。�！研究人員制造出高性能的中紅外半導體激光，這一半導體激光直接在微電子兼容硅上進行生長。這一新的激光器可以促進低成本的傳感器進行實時，精確的用于環(huán)境方面的傳感，如空氣的檢測，食品安全分析和探測管道的泄露情況。

激光在微電子兼容硅 上生成是邁向低成本，智能和集成的中紅外光子傳感器的重要一步

新發(fā)明的半導體激光所發(fā)射出來的紅色的激光

所設計的激光異質(zhì)結構（用幾個不同型的半導體組成的半導體裝置，用于激光器）

大多數(shù)的化學傳感器基本都是基于感興趣的分子和中紅外光之間的相互作用而實現(xiàn)測量的，來自法國的蒙彼利埃大學( Université de Montpellier )的研究小組的領導者Eric Tournié說到，在微電子兼容硅上制造中紅外激光可以顯著的減少其制造成本，這是因為他們呢可以使用同樣的大批量處理技術制造制造出手機的電池和計算機一樣來制造出硅基微電子來。

從廣域LDs，脊寬為 100 µm和不同的腔長度的條件下自室溫所得到的L-I-V 曲線

這一新的制造技術發(fā)表在期刊《Optica》上，這一期刊是光學學會（The Optical Society’s (OSA)）中比較有影響力的期刊。這一工作是在一個額外設施和雷德芬奇財團（ REDFINCH consortium）的一部分的資助下完成的，這一項目主要是用來發(fā)展小型的，可便攜的低成本的用于化學探測（包括氣體和液體）的激光光學傳感器。

從LDs，脊寬為 8µm和不同的腔長度，自室溫所得到的L-I-V 曲線圖解：圖片中插入的小圖片顯示的是雙面值（1/𝜂𝑑1/ηd ）隨著腔長度變化時的演化

為了完成這個項目，我們逆流而上，通過發(fā)展用于未來傳感器的光子器件而實現(xiàn)目標，Tournié說到：在一個最后的階段，這些新的中紅外激光可以整合在硅基部件中以實現(xiàn)智能，集成的光電子傳感器。

工業(yè)上兼容的制造技術

半導體激光是由半導體材料制造的，這一半導體材料將電能轉換成光。中紅外的光可以通過類型為III-V族的半導體來產(chǎn)生。在大約10多年的時間里，研究人員的工作主要集中在將 III-V族的半導體材料沉積在硅上，使用的技術是一種稱之為外延生長的技術。

在連續(xù)運行在 20°C 到 80°C，自LD為8µm脊寬和腔體長度為1.75 mm時所得到的L-I-V曲線

盡管研究人員在早期的工作顯示激光在硅基材上的生長，但這些基材并不同工業(yè)上所用的工業(yè)標準的微電子制造工藝相兼容。當使用工業(yè)上兼容的硅的時候，硅材料的結構和III-V 半導體就會導致缺陷的產(chǎn)生。

圖解：研究人員制造出首套中紅外激光半導體，直接在微電子兼容硅基材上進行生長，其中底部的圖片表示頂部圖片中不同區(qū)域層的放大

一個尤其特殊的缺陷稱之為反相疇界，這一反相疇界被稱之為器件的殺手，這是因為它會造成短路， Tournié說到，在新的工作中，我們發(fā)展了外延生長技術來防止這些缺陷到達器件的活性區(qū)域。

研究人員同時還提高了工藝制程來從外延材料中來制造半導體激光。結果，他們可以實現(xiàn)利用一個單個的制程在外延工具上，在工業(yè)可兼容的硅基材上制造一個全新的激光結構。

高性能的激光

研究人員展示了這一新的制造工藝，通過制造中紅外的激光半導體，運行在連續(xù)波的模式下并可展現(xiàn)出較低的光損失。他們計劃研究這一新的激光器件的運行壽命和他們的運行壽命同制造工藝和器件運行模式之間的關系。

研究人員說他們的新工藝是完全成熟的，激光在大的硅基材上（達到300mm）外延生長，使用硅微電子工具將會提高控制制造工藝的能力。這將，反過來，進一步的減少制造的成本和促進新器件的設計。這一新的激光同時可以同鈍化的硅光子學集成電路或CMOS技術進行集成，從而制造出小型的，低成本的，智能化的光子傳感器，用于氣體和液體的高精度的測量。

我們目前使用的半導體材料將會允許制造激光或光電子探測器可以運行在一個非常寬廣的光譜范圍內(nèi)，從1.5µm（電信波段）到25µm（遠紅外）， Tournié說到，我們的制造辦法可以應用在幾乎任何領域，只要是需要在硅平臺上集成 III-V 族半導體的場合。例如，我們液晶應用這一新的外延生長技術制造了量子級聯(lián)激光器，發(fā)射出8µm波長的激光。