氮化鎵(GaN)垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)在近20年來(lái)獲得了飛速發(fā)展,已成為下一代半導(dǎo)體激光器的研究熱點(diǎn)。GaN是制造從紫外波段到綠色波段光電子器件的絕佳材料,而VCSEL具有閾值和發(fā)散角小、調(diào)制速率高,以及輸出光束呈圓對(duì)稱等特點(diǎn)。首先回顧了基于GaN的VCSEL的發(fā)展歷史,簡(jiǎn)要介紹了它的主要應(yīng)用方向;然后討論了反射鏡與諧振腔設(shè)計(jì)與制造中的關(guān)鍵問(wèn)題;接著分析了三種不同結(jié)構(gòu)的GaN VCSEL的散熱機(jī)理,并分析討論了優(yōu)化散熱的策略;最后介紹了基于GaN的藍(lán)色、綠色和紫外VCSEL的研究進(jìn)展及最新思路。

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【部分圖文】：

圖2基于基于GaN的VCSEL的三種典型結(jié)構(gòu)[94]。(a)具有外延氮化物底部DBR的混合DBR結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)A);

圖2所示為GaN基VCSEL的三種典型結(jié)構(gòu)[94],分別為混合DBR結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)A)、采用襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)制成的雙電介質(zhì)DBR結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)B),以及采用ELO技術(shù)制成的雙電介質(zhì)DBR結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)C)。在模型的模擬中,假設(shè)熱源集中放置在有源區(qū)內(nèi),熱量主要通過(guò)基板從器件中散出,器件與空氣之間的....

圖4藍(lán)色VCSEL陣列[41]。(a)藍(lán)色VCSEL陣列示意圖;(b)在低于閾值條件下工作的藍(lán)色VCSEL陣列的發(fā)射圖像

2019年,藍(lán)紫光GaNVCSEL在增大輸出功率和減小閾值電流方面都取得了突破。斯坦雷電氣公司[41]制造了一個(gè)16×16的二維GaNVCSEL陣列,如圖4所示,得益于高質(zhì)量的AlInN/GaNDBR及SiO2埋入式結(jié)構(gòu),該陣列的總輸出功率達(dá)到了1.19W。索尼公司[38....

圖1基于GaN的三種不同結(jié)構(gòu)的VCSEL示意圖。(a)全外延DBR[13];

為了解決氮化物DBR制備中存在的問(wèn)題,研究人員采用了較低的外延生長(zhǎng)溫度[77]以及在AlN基板上生長(zhǎng)[78]等可以幫助改善應(yīng)變問(wèn)題并獲得高質(zhì)量AlN/GaN異質(zhì)界面的方法。Ive等[79]在6H-SiC(0001)晶片上生長(zhǎng)了沒(méi)有緩沖層的AlN/GaNDBR,并證明了該結(jié)構(gòu)可以....

圖3具有不同結(jié)構(gòu)的GaNVCSEL中的熱通量分布[94]。(a)具有AlN/GaNDBR的結(jié)構(gòu)A;

圖3(a)和圖3(b)分別顯示了具有AlN/GaN和AlInN/GaN底部DBR的結(jié)構(gòu)A的熱通量曲線。對(duì)于這兩個(gè)結(jié)構(gòu),有源區(qū)內(nèi)的溫升ΔT分別為14.3K和29K,分別對(duì)應(yīng)于通過(guò)Rth=ΔT/(UthIth)計(jì)算出的397K/W和806K/W的熱阻,式中Rth、ΔT、Uth....

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