近日，廈門大學(xue)電(dian)子科學(xue)與技術學(xue)院張保平(ping)教授等在(zai)氮化(hua)鎵垂直腔面發射激(ji)光(guang)器(GaN基VCSEL)方(fang)面取得新進展(zhan)，相關成果以(yi)“Green Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers Based on InGaN Quantum Dots and Short Cavity”為題發表于期刊Nano-Micro Letters。

　　一、研究背景

　　VCSEL由(you)于(yu)其具有圓(yuan)形光束、尺寸(cun)小(xiao)、閾值低(di)、易于(yu)集成等(deng)特(te)點而(er)備受關(guan)注，紅外波(bo)段(duan)GaAs基VCSEL已經被廣泛用于(yu)數據通信、3D識別和激光雷達等(deng)領(ling)域。在可見光波(bo)段(duan)，GaN基VCSEL在顯示、可見光通信和生物醫療等(deng)方面有極大的潛在應用，因而(er)成為GaN光電子(zi)器件的研究熱點，多個跨國(guo)企業(ye)(如索(suo)尼、日(ri)亞(ya)、斯坦(tan)雷電氣等(deng))和著名科學家(jia)(如諾貝爾獎獲(huo)得者Nakamura教授(shou)(shou)和Akasaki教授(shou)(shou)等(deng))都投入到(dao)GaN基VCSEL的開發研究。

　　目前，GaN基VCSEL通常使(shi)用InGaN 量子阱(jing)(QW)作(zuo)為(wei)有源區。若(ruo)要實(shi)現綠光VCSEL激射，需(xu)要提高(gao)QW的In組分，但高(gao)In組分將帶來很強(qiang)的量子限制(zhi)斯塔(ta)克效應(QCSE)和高(gao)缺陷密度，使(shi)QW發光效率下降(jiang)，難以實(shi)現綠光VCSEL激射。

電(dian)注入GaN基VCSEL的 (a)結構示(shi)意圖(b)FIB-SEM圖(c)電(dian)注入EL光譜(d)PI曲線; (e)國內外(wai)GaN基綠光VCSEL閾值電(dian)流(liu)密度與波長的對應關系(xi)圖

　　二、研究內容

　　在本工(gong)作(zuo)中(zhong)，使用(yong)S-K模式下進行生(sheng)長(chang)的(de)InGaN量子點(QD)作(zuo)為(wei)有(you)源區，有(you)效(xiao)減小(xiao)極化電(dian)場并提高(gao)發(fa)光效(xiao)率，實(shi)現了綠色GaN基VCSEL在連(lian)續電(dian)流注入(ru)下的(de)室溫低閾(yu)(yu)值激(ji)射(she)，閾(yu)(yu)值電(dian)流密(mi)度(du)僅為(wei)51.97 A/cm2，激(ji)射(she)波長(chang)為(wei)524.0 nm。所使用(yong)的(de)自(zi)組裝InGaN QD外延片，其高(gao)IQE以及類(lei)δ函數的(de)態密(mi)度(du)是(shi)實(shi)現低閾(yu)(yu)值電(dian)流的(de)關鍵。

　　此外，器(qi)件的(de)短腔(~4.0 λ)將(jiang)自(zi)發輻射耦合因子(zi)提(ti)高到0.094，增加了(le)增益系數，并有效(xiao)降(jiang)低了(le)光損耗。VCSEL中的(de)AlN電流限制層和電鍍銅支撐基(ji)(ji)板有效(xiao)提(ti)高了(le)器(qi)件的(de)散熱性能(neng)。上(shang)述研(yan)究(jiu)結果為實現(xian)高性能(neng)GaN基(ji)(ji)VCSEL提(ti)供(gong)了(le)重要的(de)基(ji)(ji)礎(chu)。

　　三、研究相關

　　上述工(gong)作(zuo)(zuo)由電(dian)(dian)子(zi)科學(xue)與(yu)(yu)(yu)(yu)技術(shu)學(xue)院(yuan)(yuan)(yuan)張保平教(jiao)授領(ling)導的課(ke)題組與(yu)(yu)(yu)(yu)中(zhong)國(guo)科學(xue)院(yuan)(yuan)(yuan)蘇州(zhou)納(na)米技術(shu)與(yu)(yu)(yu)(yu)納(na)米仿生研究所劉建平教(jiao)授領(ling)導的課(ke)題組合(he)作(zuo)(zuo)完成，作(zuo)(zuo)者(zhe)為電(dian)(dian)子(zi)學(xue)院(yuan)(yuan)(yuan)2021級博(bo)士生楊濤，通(tong)訊(xun)作(zuo)(zuo)者(zhe)為梅洋(yang)助(zhu)(zhu)理教(jiao)授、劉建平研究員(yuan)和(he)張保平教(jiao)授。中(zhong)國(guo)臺灣陽明(ming)交(jiao)通(tong)大(da)學(xue)郭浩中(zhong)教(jiao)授對QD外延片的CL測試數據提供(gong)了(le)寶(bao)貴(gui)的建議和(he)幫助(zhu)(zhu)，電(dian)(dian)子(zi)科學(xue)與(yu)(yu)(yu)(yu)技術(shu)學(xue)院(yuan)(yuan)(yuan)博(bo)士生陳衍輝(hui)、王亞(ya)超(chao)、歐偉等也參與(yu)(yu)(yu)(yu)了(le)該(gai)工(gong)作(zuo)(zuo)。

　　課題(ti)組長期進行GaN基發(fa)光器(qi)件(jian)如諧振腔LED(RCLED)、Micro LED、以及(ji)VCSEL研究，目(mu)前(qian)已成功實現藍紫(zi)光、藍光、綠光器(qi)件(jian)的(de)(de)電注入激射(she)，并且在國(guo)際上首次實現了深紫(zi)外(wai)波段(UVC)VCSEL的(de)(de)光泵浦激射(she)。該(gai)項工作得(de)到了國(guo)家(jia)自然科學(xue)基金(jin)以及(ji)國(guo)家(jia)重(zhong)點(dian)研發(fa)計劃重(zhong)點(dian)專項的(de)(de)資助(zhu)。