《GaN基垂直腔面發射雷射器基礎研究》是依託廈門大學，由張保平擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：GaN基垂直腔面發射雷射器基礎研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：張保平
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氮化鎵(GaN)基半導體垂直腔面發射雷射器(VCSEL)在雷射顯示、列印、生物醫療、照明、通信以及高密度光存儲等領域有著重要套用，但其研製上困難極大，至今只有少數幾家研究單位實現了電注入激射。目前仍然面臨諧振腔內部損耗大、增益匹配難度大、器件散熱性能差、製作工藝複雜、缺乏低成本高質量襯底和外延材料等問題。本項目聯合了國際上率先實現電注入激射的台灣交通大學、大陸唯一報導了GaN基VCSEL的廈門大學以及基礎雄厚的中國科學院半導體研究所，旨在通過優勢互補，詳細研究有關的物理和技術問題，探討器件研製的新思想和新技術；通過最佳化設計量子阱有源區和器件結構、解決有關損耗、增益匹配、散熱及電流限制等關鍵工藝技術難點，確立具有自主智慧財產權的高性能GaN基VCSEL的研製方法，實現低閾值藍光VCSEL電注入激射以及紫光VCSEL光泵激射。本項目的研究成果可為實用化氮化物VCSEL的研發提供理論和技術指導。
結題摘要
GaN基VCSEL在顯示、生物醫療、水下光通信等領域有著非常好的套用前景，吸引了國際上著名學者和企業的關注。包括諾貝爾獎獲得者Nakamura教授和Akasaki教授分別領導的研究組，日本日亞化學，松下，索尼，史丹利電氣公司。本課題組於2014年實現了室溫電泵條件下的連續激射，是大陸唯一進行GaN基VCSEL研究的機構。GaN基VCSEL面臨的技術挑戰主要體現在以下幾個方面：（1）諧振腔內部損耗較高。（2）腔長難於精確控制。（3）器件的散熱效率不好。（4）與其他III-V族半導體相比，氮化物材料存在較大的晶格失配，導致高質量DBR的外延生長困難。GaN基VCSEL的研究愈演愈烈，為了達到實用化，首先必須克服上面提到的瓶頸問題，完善器件工藝，降低激射閾值，提高輸出功率；另外，從激射波長上看，至今報導了400~500nm的激射，今後在拓寬激射波長方面也是一個重要研究方向，以期充分挖掘氮化物半導體的可行性套用，拓展其套用領域。本項目目標是進行電泵浦藍綠光和光泵譜深紫外VCSEL的研究，獲得主要成果如下。（1）採用量子點有源區，獲得了藍光~綠光VCSEL室溫連續電注入激射。通過調節腔長，激射波長從479.6nm到565.7nm可調諧，並獲得了至今最低的激射閾值電流（電流密度~0.6 kA/cm2）。（2）採用量子阱中內嵌量子點有源區結構，獲得了VCSEL藍光（430nm）和綠光（543nm）室溫連續電注入激射。（3）採用藍光量子阱中的局域態發光，結合諧振腔的輻射增強效果，獲得了近綠光VCSEL激射。（4）採用量子點有源區，製作了諧振腔型發光器件。利用載流子的填充效果以及諧振腔對光場的調節作用，實現電流注入增大時增益譜的大幅度藍移，進而獲得了大範圍（129nm）可調諧（435~564nm）窄線寬（~1nm）光源。（5）納米級的孔陣型的AlN/sapphire模板上外延生長了高質量AlN薄膜，在此基礎上外延生長以Al0.55Ga0.45N/AlN多量子阱結構作為有源區的深紫外雷射材料，室溫光泵浦實驗得到深紫外激射，波長約272nm，閾值光功率密度為350 kW/cm2。進一步研製了深紫外光泵浦VCSEL結構，獲得了穩定的諧振腔模式發光。（6）項目執行期間，組織學術會議2次，發表SCI學術論文28篇，申請發明專利10項（其中授權4項），培養博士後1名，研究生13名。
