旭化成微電子株式會(huì)社（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“旭化成微電子”）與京都大學(xué)高等研究院特聘教授野田進(jìn)的團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了2µm波段紅外光子晶體激光器（PCSEL：圖1）振蕩。PCSEL是一種兼具小型化、高輸出、高指向性和高功能性等特點(diǎn)的新一代半導(dǎo)體激光器。通過(guò)PCSEL實(shí)現(xiàn)2µm波段激光，旨在將其拓展至傳統(tǒng)技術(shù)難以覆蓋的應(yīng)用領(lǐng)域，如生物體內(nèi)物質(zhì)的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)以及癌癥風(fēng)險(xiǎn)研究等。

圖1：光子晶體激光器（PCSEL）結(jié)構(gòu)

1. 研究背景與內(nèi)容
旭化成微電子自1980年起開(kāi)展霍爾元件的量產(chǎn)，化合物半導(dǎo)體技術(shù)是公司的核心優(yōu)勢(shì)之一※。公司還擁有采用MBE（分子束外延）的薄膜形成技術(shù)，通過(guò)融合這些技術(shù)，迄今已開(kāi)發(fā)并推出了包括磁傳感、氣體傳感、生物傳感在內(nèi)的多樣化傳感器以及紅外LED等產(chǎn)品。

同時(shí)，由于光強(qiáng)和波長(zhǎng)帶寬等方面的限制，紅外LED在部分應(yīng)用中難以滿(mǎn)足要求。近年來(lái)，在生物體內(nèi)物質(zhì)檢測(cè)及呼氣氣體分析等需要更高亮度和更窄帶寬光源的領(lǐng)域，小型且具備量產(chǎn)優(yōu)勢(shì)的紅外激光器的開(kāi)發(fā)備受期待。

由京都大學(xué)高等研究院特聘教授野田進(jìn)發(fā)明的PCSEL，利用光子晶體的光調(diào)控功能，相較于傳統(tǒng)激光器，可在實(shí)現(xiàn)小型化的同時(shí)兼具高指向性、窄帶寬和高亮度。旭化成微電子依托長(zhǎng)期積累的化合物半導(dǎo)體技術(shù)，通過(guò)共同研究不斷優(yōu)化光源結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了基于PCSEL結(jié)構(gòu)的2µm波段激光振蕩。

圖2：2μm波段紅外PCSEL的激光振蕩特性： (a) 發(fā)光光譜，(b) 光束模式

此次通過(guò)對(duì)激光振蕩特性的測(cè)量，確認(rèn)了PCSEL在2µm波段同樣具備高指向性、窄帶寬等特點(diǎn)（圖2）。光束模式是基于本次光子晶體設(shè)計(jì)的一個(gè)示例，通過(guò)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)包括單峰分布在內(nèi)的多樣化光束調(diào)控。今后通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化光子晶體結(jié)構(gòu)，有望提升性能并推廣應(yīng)用。

2. 預(yù)期應(yīng)用領(lǐng)域
（1）醫(yī)療與健康領(lǐng)域：提升健康監(jiān)測(cè)水平
將小型2µm波段激光用于傳感，有望通過(guò)可穿戴設(shè)備對(duì)生物體內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行無(wú)創(chuàng)檢測(cè)，或通過(guò)檢測(cè)呼氣中的氣體成分（如VOCs、丙酮等）實(shí)現(xiàn)健康監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。

（2）環(huán)境監(jiān)測(cè)：溫室氣體的高靈敏度、微量定量檢測(cè)
在2µm波段存在CO₂和CH₄等氣體的吸收譜線(xiàn)。結(jié)合PCSEL的高指向性與窄帶寬特性，有望應(yīng)用于需要高精度檢測(cè)微量氣體（如CO₂和CH₄等溫室氣體）的領(lǐng)域。

（3）通信／LiDAR：兼顧安全性與高性能
從人眼安全性的角度來(lái)看，2µm波段紅外光也備受關(guān)注。結(jié)合PCSEL的高指向性，有望推動(dòng)高性能LiDAR及新一代通信技術(shù)的發(fā)展。

3. 未來(lái)展望
基于本次成果，旭化成微電子將進(jìn)一步加快2µm波段PCSEL的研發(fā)進(jìn)程。通過(guò)采用更先進(jìn)的光子晶體結(jié)構(gòu)并持續(xù)優(yōu)化光源結(jié)構(gòu)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)高指向性、窄帶寬及高亮度的性能表現(xiàn)。

同時(shí)，旭化成微電子也將推進(jìn)量產(chǎn)可行性的驗(yàn)證，加速實(shí)際應(yīng)用落地。通過(guò)上述舉措，旭化成微電子將持續(xù)探索在健康、環(huán)境監(jiān)測(cè)、通信及LiDAR等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，為新一代傳感技術(shù)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。本技術(shù)的研究成果，已于2026年3月在應(yīng)用物理學(xué)會(huì)上發(fā)表。