GaAs基及InP基激光器

激光是20世纪以来继原子能、电子计算机、半导体之后人类的又一大发明。半导体激光科学与技术以半导体激光器件为核心,涵盖研究光的受激辐射放大规律、产生方法、器件技术、调控手段和应用技术。1962年,美国科学家宣布成功研制出了第一代半导体激光器——GaAs同质结构注入型半导体激光器。1977年,日本东京工业大学的伊贺健一提出垂直腔面发射激光器(Vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)的概念。这种激光器由于由于光学谐振腔与半导体芯片的衬底垂直,因此能够实现芯片表面的激光发射,有着低阈值电流、稳定单波长工作、可高频调制、容易二维集成、没有腔面阈值损伤等优点。目前VESEL已经在光通信、光互连、激光引信、激光显示、光信号处理以及芯片原子钟等领域获得了广泛的应用。本课题组正在开发输出功率至少9W的980 nm AlGaAs量子阱大功率激光器。

激光光伏电池

激光供能系统是一个创新的能量传递系统,凭借这个系统,将激光光源发出的光通过光纤输送到激光光伏电池上,可以提供稳定的电源输出。通过光纤传导光转化为电比传统的金属线和同轴电缆电力输出技术有更多的优点,可以应用在需要消除电磁干扰或需要将电子器件与周围环境隔离情况下,在无线电通信、工业传感器、国防、航空、医药、能源等方向有重要应用。激光光伏电池的工作原理与太阳电池类似,只是可以获得更高的转换效率,更大的输出电压,能传递更多的能量,与一般太阳电池不同的是,光源采用合适光纤传输的790 nm~850 nm波长的激光。GaAs是III/V族化合物半导体材料,室温下的禁带宽度Eg是1.428 eV,GaAs P/N结电池可以用于将808 nm~830 nm的激光能量转换为电能,可用作激光供能系统中的激光电池。目前,本课题组正在研发高效GaAs激光光伏电池芯片,实现在1 W 810-830 nm激光照射下、开路电压约为6V时的光电转换效率大50%以上,芯片的最大输出功率达1 W以上。

AlGaAs/GaAs量子阱探测器

近年来,低维半导体材料逐渐显示出在光电方面的优越性,被广泛应用于军事、医学以及日常生活中。自1983年第一个量子阱红外探测器问世以后,因为 该类型探测器拥有响应速度快、探测率高以及生产工艺成熟等方面的优点,便引发了各国科学家的研究热情。III-V半导体量子阱材料中的AlGaAs/GaAs量子阱,由于具有优越的光学性质,加上外延技术和器件工艺比较成熟,近二十年来科学家们对其进行了大量研究。鉴于AlGaAs/GaAs量子阱的优越特性,由其制成的量子阱红外探测器和太阳能电池已经应用在太空中。随着电子元器件集成化合多元化进程的发展,AlGaAs/GaAs量子阱红外探测器成为了红外焦平面研究的重点之一。通过MOCVD能够生长出均匀性更好、面积更大和品质更高的多量子阱材料,进而做出规模较大的探测器阵列。由于AlGaAs/GaAs量子阱具有较窄带宽的光谱响应,不同波段之间的光学串音较小等特点,尤其适合作为双色、多色量子阱焦平面探测器的制作材料。

III-V族化合物半导体多结太阳电池

太阳能作为一种可再生能源有着其它能源不可比拟的优势。典型的太阳能电池本质上是一个半导体二极管(P-N结),它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。目前开发的太阳能种类很多,但其光电转换效率普遍偏低,特别是对于军事装备、航空航天等军事与空间应用领域。GaAs基太阳电池具有光转换效率高、抗辐照性能好、高温性能好等优点,广泛应用于太空电源。