據麥姆斯咨詢報道，蒙彼利埃大學（University of Montpellier）研究項目開發了中紅外激光光源的外延集成技術。

硅上集成半導體光源圖

中紅外光譜涵蓋了大氣窗口和許多分子的吸收峰值，對醫學、工業應用和環境監測非常重要。（GaSb）基激光二極管（LD）逐漸成為一種獨特的半導體激光技術，可以完全覆蓋波長范圍，實現高靈敏度的光學氣體傳感。然而，到目前為止，由于這些傳感器仍然主要依賴于單獨設備的制造過程，因此設備體積大，價格昂貴。雖然人們對這種傳感器有強烈的需求，但這仍然阻礙了它的大規模應用。

以成熟為基礎的硅光子學CMOS該工藝為中紅外集成傳感器建設經濟緊湊提供了發展前景。在這個波長范圍內，已經證實有大量的無源光學元件。這與長波紅外有關（LWIR）帶間級聯激光器工作（ICL）或量子級聯激光器（QCL）形成鮮明對比，需要更復雜的集成方案。

為了實現有源光子集成電路，研究人員正在積極尋求標準CMOS兼容的零偏（001）硅襯底上直接外延生長Ⅲ-Ⅴ法國蒙彼利埃大學電子與系統研究所的技術。（IES）研究團隊成功實現了紅外半導體激光器在零偏硅襯底上的外延生長，據說這是第一次在微電子兼容硅材料上生長。紅外半導體激光器由GaSb基激光二極管由低閾值電流密度、低光損耗、高溫工作和高特性溫度組成。

該突破將成為智能傳感器平臺集成硅基半導體激光光源領域的重要一步，可用于空氣污染監測、食品安全分析和管道泄漏檢測。該研究的第一作者是Marta Rio Calvo，由Eric Tournie2020年3月26日，教授指導完成并發表Optica上。論文鏈接如下：

新型中紅外激光器的制造工藝

大多數光化學傳感器大多數光化學傳感器是基于目標分子和中紅外光之間的相互作用。Eric Tournie解釋：紅外激光器可以大大降低與微電子兼容的硅材料的成本，因為它可以使用與手機和計算機等硅電子產品相同的大規模生產技術。

雖然蒙彼利埃大學的研究人員以前在硅襯底上制造過激光器，但這些襯底與微電子制造的工藝標準并不兼容。當其組裝和操作用于工業兼容硅設備時，硅襯底和Ⅲ-Ⅴ族半導體材料的結構差異就會導致器件形成缺陷。

圖為外延堆棧結構：異質結構及相應波長

這被稱為反相界（antiphase boundary）特殊缺陷是設備殺手會造成短路。Tournie在這項新研究中，我們開發了一種外延方法，可以有效地防止這些缺陷到達設備的有源部分。

該團隊發表的論文顯示，激光二極管的性能利用其特定的外延過程來提高，這是一系列因素的結果，包括電感耦合等離子蝕刻來取代濕蝕刻，以及確保結構中沒有相反的類別。

新型中紅外激光器的特點及應用前景

研究人員用可產生連續波的中紅外激光二極管展示了這種新方法，并發現該二極管在使用過程中光學損耗較低。

“這些GaSb基激光二極管具有低閾值電流密度、低光損耗、高溫工作和高特性溫度的特點。這種延伸方法也可用于任何包括帶間級聯激光器和量子級聯激光器GaSb基光電器件和光電探測器。這是紅外傳感器制造完全集成的突破性進展。

一旦新技術完全成熟，利用硅微電子機將激光外延技術應用于300mm的大型硅襯底，將顯著改善制造過程的控制，較終降低激光制造成本，使新設備設計成為可能。

該激光器可與無源硅光子集成電路或CMOS結合技術，可以創建小型、低成本的智能光子傳感器，用于測量高靈敏度氣體和液體。

從寬光譜(從1.5激光器或光電探測器從微米電信波段到25微米遠紅外波段)。Tournie我們的制造方法可以應用于任何需要在硅平臺上集成的方法Ⅲ-Ⅴ族半導體領域。目前，我們已經使用這種新的外延方法制造出發射光為8微米的量子級聯激光器。