《Light》突破性成果:2μm波段InP基量子点激光器性能超越传统量子阱结构

0 1

前言

在一间设备精良的分子束外延实验室里,研究团队小心翼翼地控制着每一个生长参数。当第五层量子点结构终于完成生长,经过精密测试,仪器屏幕上跳出了期待已久的数据:波长2.018微米,阈值电流密度589A/cm²。

这是中红外激光技术的一个重要里程碑。近日,伦敦大学学院、格拉斯哥大学、兰卡斯特大学等英国多所高校联合团队在《Light: Science & Applications》期刊发表突破性研究,首次实现了基于InAs/InP量子点的中红外激光器(https://doi.org/10.1038/s41377-025-02167-4)。

0 2

核心内容

1.创新结构设计

研究团队采用五层堆叠的InAs/InGaAs/InP量子点结构,通过分子束外延技术生长,成功实现室温下2.018μm的激光发射。

2.性能突破

阈值电流密度(Jth)低至589Acm⁻²,每层仅118Acm⁻²,是目前所有室温工作的InP基中红外激光器中的最低值。

最高工作温度达50°C,显示出良好的热稳定性。

量子点密度高达1.83×10¹⁰cm⁻²,光致发光半高宽仅42.4meV,表明材料均匀性极佳。

3.关键技术创新

通过优化生长速率、使用As₂源、控制V/III比与温度,有效抑制了铟原子的各向异性扩散,获得了圆形、均匀的高质量量子点,解决了长期以来InAs/InP系统在2μm以上波长发射的难题。

0 3

研究意义

1.填补技术空白

首次实现InAs/InP量子点在中红外波段的激光发射,证明了其作为增益介质的可行性,为2-2.5μm波段提供了一种低成本、高性能的半导体激光方案。

2.推动应用落地

中红外激光在痕量气体检测、环境监测、医疗诊断、红外对抗与自由空间通信等领域具有不可替代的作用。本研究成果有望推动这些应用中光源的小型化、低功耗与高性能化。

3.引领材料发展方向

该研究展示了量子点结构在中红外波段的巨大潜力,为进一步开发高温稳定、低阈值、宽调谐的中红外激光器奠定了材料与工艺基础。

0 4

结语

这项研究不仅是中红外激光材料与器件领域的一项重要突破,更标志着量子点技术从近红外向中红外扩展的关键一步。随着进一步优化与集成,这类激光器有望在工业、医疗、通信与国防等领域发挥更大作用,真正实现"红外光源,点亮未来"。

图1:不同InAs厚度的单层InAs/InP量子点的外延结构与形貌表征

图2:不同InAs厚度单层InAs/InP量子点的光学表征

图3:不同V/III比与生长温度条件下生长的单层InAs/InP量子点的形貌特征

图4:五层堆叠InAs/InP量子点的光学与结构表征

图5:激光性能表征

图6:光谱与空间发射特性

【注】小编水平有限,若有误,请联系修改;若侵权,请联系删除!

相关推荐
CS创新实验室20 小时前
当数据撞上量子:论《数据结构》课程的颠覆与新生
数据结构·量子计算
MicroTech20253 天前
微算法科技(NASDAQ :MLGO)量子启发进化算法(QEA)与区块链(BC)集成技术:构建高可靠去中心化创新方案
科技·算法·量子计算
MicroTech20254 天前
微算法科技(NASDAQ :MLGO)基于量子傅立叶变换的量子彩色图像加密算法
科技·算法·量子计算
AI科技星5 天前
全域数学公理:32维超球体投影、微观曲率与霍奇猜想的几何化证明
c语言·开发语言·网络·量子计算·agi
断水客5 天前
8个Majorana量子比特:微软的“量子晶体管”时刻
嵌入式·量子计算
搬砖的小码农_Sky6 天前
量子计算机的工作原理
量子计算
搬砖的小码农_Sky6 天前
量子计算机的核心技术难点
量子计算
葫三生7 天前
《论三生原理》对《周易》《道德经》的一次根本性重写?
人工智能·算法·计算机视觉·区块链·量子计算
AI科技星7 天前
空间圆柱螺旋运动第一性原理终极推导·证明·核验·全量纲闭环
开发语言·人工智能·算法·计算机视觉·量子计算
AI科技星7 天前
全域数学·第三部·数术几何部·平行网格卷 完整专著目录(含拓扑发展史+学科定位·终稿)
c语言·开发语言·网络·量子计算·agi