旭化成微电子成功实现面向新一代光学传感的2µm波段红外激光振荡

— 采用光子晶体激光器（PCSEL）结构，实现高指向性与窄带光源 —

旭化成微电子株式会社（总公司：东京都千代田区、法定代表人总经理：篠宫秀行、以下简称“旭化成微电子”）与京都大学高等研究院特聘教授野田进的团队成功实现了2µm波段红外光子晶体激光器（PCSEL：图1）振荡。PCSEL是一种兼具小型化、高输出、高指向性和高功能性等特点的新一代半导体激光器。通过PCSEL实现2µm波段激光，旨在将其拓展至传统技术难以覆盖的应用领域，如生物体内物质的无创检测以及癌症风险研究等。

图1：光子晶体激光器（PCSEL）结构

1. 研究背景与内容

旭化成微电子自1980年起开展霍尔元件的量产，化合物半导体技术是公司的核心优势之一※。公司还拥有采用MBE（分子束外延）的薄膜形成技术，通过融合这些技术，迄今已开发并推出了包括磁传感、气体传感、生物传感在内的多样化传感器以及红外LED等产品。

同时，由于光强和波长带宽等方面的限制，红外LED在部分应用中难以满足要求。近年来，在生物体内物质检测及呼气气体分析等需要更高亮度和更窄带宽光源的领域，小型且具备量产优势的红外激光器的开发备受期待。

由京都大学高等研究院特聘教授野田进发明的PCSEL，利用光子晶体的光调控功能，相较于传统激光器，可在实现小型化的同时兼具高指向性、窄带宽和高亮度。旭化成微电子依托长期积累的化合物半导体技术，通过共同研究不断优化光源结构，成功实现了基于PCSEL结构的2µm波段激光振荡。

此次通过对激光振荡特性的测量，确认了PCSEL在2µm波段同样具备高指向性、窄带宽等特点（图2）。光束模式是基于本次光子晶体设计的一个示例，通过设计，可实现包括单峰分布在内的多样化光束调控。今后通过进一步优化光子晶体结构，有望提升性能并推广应用。

图2：2μm波段红外PCSEL的激光振荡特性： (a) 发光光谱 (b) 光束模式

2. 预期应用领域

（1）医疗与健康领域：提升健康监测水平

将小型2µm波段激光用于传感，有望通过可穿戴设备对生物体内物质进行无创检测，或通过检测呼气中的气体成分（如VOCs、丙酮等）实现健康监测等应用。

（2）环境监测：温室气体的高灵敏度、微量定量检测

在2µm波段存在CO₂和CH₄等气体的吸收谱线。结合PCSEL的高指向性与窄带宽特性，有望应用于需要高精度检测微量气体（如CO₂和CH₄等温室气体）的领域。

（3）通信／LiDAR：兼顾安全性与高性能

从人眼安全性的角度来看，2µm波段红外光也备受关注。结合PCSEL的高指向性，有望推动高性能LiDAR及新一代通信技术的发展。

3. 未来展望

基于本次成果，旭化成微电子将进一步加快2µm波段PCSEL的研发进程。通过采用更先进的光子晶体结构并持续优化光源结构，力争实现高指向性、窄带宽及高亮度的性能表现。

同时，旭化成微电子也将推进量产可行性的验证，加速实际应用落地。通过上述举措，旭化成微电子将持续探索在健康、环境监测、通信及LiDAR等领域的应用潜力，为新一代传感技术的发展做出贡献。

关于本技术的研究成果，已于2026年3月在应用物理学会上发表。