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基于晶格匹配纳米多孔GaN分布布拉格反射镜结构的电泵浦蓝光VCSEL研究

批准号:
62064004
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
36.0 万元
负责人:
李林
依托单位:
学科分类:
半导体光电子器件与集成
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李林

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
蓝光垂直腔面发射激光器(VCSEL)在高密度光存储、激光显示、激光照明、水下通信、海洋资源探测及激光生物医学等领域具有广阔的应用前景。如何获得高质量氮化物异质结分布布拉格反射镜(DBR)成为制作GaN基VCSEL的一个主要难点。目前通过电化学蚀刻制备氮化镓/纳米多孔氮化镓(GaN/NP-GaN)DBR结构是获得高质量晶格匹配纳米多孔GaN DBR的一种新方法,该结构具有折射率差值较大的优势,有利于获得高反射率和较宽的高反射带宽。尽管这种纳米多孔DBR结构VCSEL具有导电性能,但仍存在较高的串联电阻和注入电流侧向泄露两个难题,导致其阈值电流密度升高。因此,本项目基于晶格匹配纳米多孔GaN DBR结构,研究不同类型的电流注入孔径VCSEL结构设计及其制作工艺,为解决VCSEL串联电阻高、注入电流侧向泄露、电流注入孔径的制备等问题提出新思路,进而实现电泵浦蓝光VCSEL室温激射。
英文摘要
Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs) emitting in the blue wavelength has promising application prospects in high-density optical storage, laser display, laser lighting, underwater communication, ocean resource exploration and laser biomedical fields. .One of the main difficulties is the fabrication of high-quality epitaxial Distributed Bragg Reflectors (DBRs) for current injected GaN-based VCSEL. Now a new approach that yields lattice-matched epitaxial DBRs is to obtain nano-porous which can be achieved by the controlled electrochemical etching of highly doped n-type GaN. The DBR has the advantage of high-index-contrast, which is helpful to obtain high reflectivity and wide reflectivity bandwidth. .However, although the nano-porous GaN DBRs with high reflectivity offer electrical conductivity, there are still two problems to be overcome: the high series resistance and side leakage of current injection resulting in higher threshold current density of VCSEL..Therefore, this project proposes a new method to achieve the current-injected GaN-based VCSELs emitting lasers based on lattice-matched nano-porous GaN DBRs at room temperature, by studying the design and fabrication of VCSELs with various types of current-injected apertures to reduce the lateral leakage of injecting current while maintaining lower series resistance.
垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有圆形光斑,易于实现大规模阵列及光电集成等优势,在高密度光存储、激光显示、激光照明、水下通信、海洋资源探测及激光生物医学等领域具有广阔的应用前景。然而,当前GaN基VCSEL的研究开发进展仍然缓慢,其主要原因是外延生长高质量的氮化物异质结分布布拉格反射镜(DBR)非常困难,导致器件性能严重下降。为了解决GaN基电注入VCSEL结构所需外延生长的高质量氮化物异质结DBR的主要难题,本项目提出一种电化学蚀刻n型高掺杂浓度GaN(n+-GaN)来获得高质量晶格匹配的氮化镓/纳米多孔氮化镓(GaN/NP-GaN)DBR的新方法,其光谱反射率大于99.5%,光谱反射带宽大于90nm。本项目将GaN/NP-GaN DBR结构应用到VCSEL谐振腔中,实现室温电注入蓝光VCSEL,其阈值电流密度约为18.5KA/cm2,激射波长为423.5nm,光谱线宽约为0.16nm。通过外延生长n-GaN/n+-GaN 制备出高反射率的GaN/NP-GaN DBR,具有与GaN晶格匹配、大范围可调的光学折射率以及良好的导电性,可以应用在GaN基光学微腔结构设计中,不受GaN材料外延生长或复杂制作工艺的限制。
基于Si(111)图形衬底选区外延生长的GaAs/InGaAs核壳结构纳米线激光器研究
  • 批准号:
    62174046
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    李林
  • 依托单位:
国内基金
海外基金