研究目的
研究2-3微米波长范围内基于GaSb的超辐射发光二极管（SLDs）的功率扩展，以增强分子光谱和痕量气体传感等应用。
研究成果
该研究报告了迄今为止功率最高的GaSb基超辐射发光二极管，在单横模工作状态下实现了高达120毫瓦的功率水平和40纳米的光谱带宽。
研究不足
由于GaSb材料体系的特殊性以及俄歇复合增强等物理因素，SLD器件的发展进展甚微。
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 2-3微米波长范围GaSb基超辐射发光二极管功率提升的设计策略
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 2-3微米波长范围GaSb基超辐射发光二极管功率提升的设计策略
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8873102
出版年份：2019
更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要：
发射波长在2-3微米范围内的中红外半导体光源，在分子光谱学、痕量气体检测、医疗诊断和人眼安全激光雷达等日益增多的应用领域具有重要价值。例如，利用该波长范围内气体的分子指纹特征，可显著提升温室气体（乙炔、二氧化碳、一氧化碳和一氧化二氮）的监测灵敏度[1]。然而要实现更广泛的应用，成本、能效、便携性和可重复性等关键因素同样至关重要。为此，中红外硅光子技术虽已发展成为成熟平台，但目前仍依赖扩展腔可调谐激光器方案[2]。我们另辟蹊径，提出采用高功率、宽光谱带脊形波导（RWG）锑化镓基超辐射发光二极管（SLD）——其单横模特性可实现与硅光子波导的高效耦合，并支持开发光谱可编程宽带光源[3]。虽然2-3微米锑化镓基激光二极管已展现良好性能，但SLD器件发展进展缓慢，这既源于锑化镓材料体系作为光电子平台的应用局限性，也与俄歇复合增强等物理特性相关。近期锑化镓增益芯片在室温（RT）下的性能突破包括：1.9微米连续波（CW）输出功率达60毫瓦[4]，2.25微米和2.38微米分别实现10毫瓦和5毫瓦[5]；脉冲工作模式下2.55微米平均功率达3.2毫瓦[6]。本文报道采用图1所示腔抑制（CS）元件的新型单/双程SLED设计方案对比研究。有源区由压应变GaInSb/AlGaAsSb双量子阱构成[4]，器件在室温连续波条件下运行。双程方案输出功率高达120毫瓦，较先前单程方案提升100%，该高功率源于双程光放大效应与更优的材料质量。腔抑制元件支持大电流注入，单/双程SLD分别获得半高全宽70纳米和40纳米的宽光谱。综上，我们实现了迄今最高功率的锑化镓基SLD，在单横模工作状态下输出功率达120毫瓦，光谱带宽40纳米。
作者：
Nouman Zia，Jukka Viheri?l?，Eero Koivusalo，Antti Aho，Mircea Guina
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