法國蒙彼利埃大學(University of Montpellier)的研究小組組長埃里克•圖尼(Eric Tournié)說：“大多數光學化學傳感器都是基于感興趣分子與中紅外光之間的相互作用。在與微電子兼容的硅上制造中紅外激光器可以大大降低成本，因為它們可以使用與制造用于手機和計算機供電的硅微電子相同的大容量處理技術來制造。”
這種新的制造方法在Optica(光學協會(OSA)雜志)上進行了高沖擊研究。這項工作是在額外的設施以及“紅雀聯盟”的一部分下進行的，該聯盟正在開發用于便攜式氣體和液體化學檢測的小型便攜式低成本光學傳感器。
圖尼說：“在這個項目中，我們正在通過開發用于未來傳感器的光子器件進行上游工作。在后期階段，這些新的中紅外激光器可以與硅光子組件組合在一起，以創建智能的集成光子傳感器。”
行業兼容的制造
激光二極管是由半導體材料制成的，能把電轉化為光。中紅外光可以用一種叫做III-V的半導體產生。大約十年來，研究人員一直致力于用一種叫做外延的方法在硅上沉積III-V半導體材料。
盡管研究人員先前在硅基片上演示了激光，但這些基片并不符合微電子制造的行業標準。當使用工業兼容硅時，硅和III-V半導體材料結構的差異會導致形成缺陷。
圖尼說：“一種叫做反相位邊界的特殊缺陷是一種設備殺手，因為它會造成短路。在這項新工作中，我們開發了一種外延方法，防止這些缺陷到達器件的有源部分。”
研究人員還改進了用外延材料制造激光二極管的工藝。結果，他們能夠在工業兼容的硅基板上用一次外延工具制造出一個完整的激光結構。
高性能激光器
研究人員通過生產連續波模式工作且光學損耗低的中紅外激光二極管證明了這一新方法。他們現在計劃研究新設備的壽命以及該壽命與設備的制造和操作模式之間的關系。
他們說，一旦他們的方法完全成熟，使用硅微電子工具在大硅襯底(直徑達300毫米)上外延激光將改善制造過程的控制。反過來，這將進一步降低激光制造成本，并使新器件的設計成為可能。這種新型激光器還可以與無源硅光子學集成電路或CMOS技術相結合，制造出小型、低成本、高靈敏度的用于氣體和液體測量的智能光子傳感器。
圖尼說：“我們使用的半導體材料可以制造在1.5微米(電信波段)到25微米(遠紅外)寬光譜范圍內工作的激光器或光電探測器。我們的制造方法可以應用于任何需要在硅平臺上集成III-V半導體的領域。例如，我們已經用這種新的外延方法制造出了8微米的量子級聯激光器。”
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