旭化成微電子攜手京都大學實現2μm波段激光振蕩

旭化成微電子株式會社（以下簡稱“旭化成微電子”）與京都大學高等研究院特聘教授野田進的團隊成功實現了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的新一代半導體激光器。通過PCSEL實現2µm波段激光，旨在將其拓展至傳統技術難以覆蓋的應用領域，如生物體內物質的無創檢測以及癌癥風險研究等。

圖1：光子晶體激光器（PCSEL）結構

1. 研究背景與內容
旭化成微電子自1980年起開展霍爾元件的量產，化合物半導體技術是公司的核心優勢之一※。公司還擁有采用MBE（分子束外延）的薄膜形成技術，通過融合這些技術，迄今已開發并推出了包括磁傳感、氣體傳感、生物傳感在內的多樣化傳感器以及紅外LED等產品。

同時，由于光強和波長帶寬等方面的限制，紅外LED在部分應用中難以滿足要求。近年來，在生物體內物質檢測及呼氣氣體分析等需要更高亮度和更窄帶寬光源的領域，小型且具備量產優勢的紅外激光器的開發備受期待。

由京都大學高等研究院特聘教授野田進發明的PCSEL，利用光子晶體的光調控功能，相較于傳統激光器，可在實現小型化的同時兼具高指向性、窄帶寬和高亮度。旭化成微電子依托長期積累的化合物半導體技術，通過共同研究不斷優化光源結構，成功實現了基于PCSEL結構的2µm波段激光振蕩。

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

此次通過對激光振蕩特性的測量，確認了PCSEL在2µm波段同樣具備高指向性、窄帶寬等特點（圖2）。光束模式是基于本次光子晶體設計的一個示例，通過設計，可實現包括單峰分布在內的多樣化光束調控。今后通過進一步優化光子晶體結構，有望提升性能并推廣應用。

2. 預期應用領域
（1）醫療與健康領域：提升健康監測水平
將小型2µm波段激光用于傳感，有望通過可穿戴設備對生物體內物質進行無創檢測，或通過檢測呼氣中的氣體成分（如VOCs、丙酮等）實現健康監測等應用。

（2）環境監測：溫室氣體的高靈敏度、微量定量檢測
在2µm波段存在CO₂和CH₄等氣體的吸收譜線。結合PCSEL的高指向性與窄帶寬特性，有望應用于需要高精度檢測微量氣體（如CO₂和CH₄等溫室氣體）的領域。

（3）通信／LiDAR：兼顧安全性與高性能
從人眼安全性的角度來看，2µm波段紅外光也備受關注。結合PCSEL的高指向性，有望推動高性能LiDAR及新一代通信技術的發展。

3. 未來展望
基于本次成果，旭化成微電子將進一步加快2µm波段PCSEL的研發進程。通過采用更先進的光子晶體結構并持續優化光源結構，力爭實現高指向性、窄帶寬及高亮度的性能表現。

同時，旭化成微電子也將推進量產可行性的驗證，加速實際應用落地。通過上述舉措，旭化成微電子將持續探索在健康、環境監測、通信及LiDAR等領域的應用潛力，為新一代傳感技術的發展做出貢獻。本技術的研究成果，已于2026年3月在應用物理學會上發表。