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混合式氮化镓 VCSEL
来源: | 作者:LiLi | 发布时间: 2025-02-18 | 26 次浏览 | 分享到:

在混合式氮化镓 VCSEL 的研究,2010年本研究团队优化制程达到室温连续波操作电激发氮化镓 VCSEL,此元件是以磊晶成长 AlN/GaN DBR 以及 InGaN MQW 发光层再搭配Ta2O5/SiO2氧化物DBR 所实现如图 7-12,其特点为在共振腔中插入了AlGaN 电流阻挡层且将 ITO 厚度减薄至30奈米。2011年,为了达到更好的电流局限效果以及降低ITO的吸收,本研究团队移除了结构中的ITO 并在共振腔中加入氮化铝的电流孔径达成腔内的电流局限效果,如图7-13,此外此电流局限孔径之折射率差更可以提供横向的光学局限,研究结果显示 AIN 确实有达到电流局限的目的且得到窄线宽频谱。

混合式结构直到2012年才另外有瑞士 EPFL 团队使用 AlInN/GaN DBR 搭配TiO2/SiO2氧化物 DBR 成功制作出室温脉冲电激发混合型 GaN VCSEL ,因为磊晶 DBR的制作不易,在混合式 VCSEL 发展一直没有重大突破。在2014年瑞典查默斯科技大学(Chalmers University of Technology)提出搭配电流局限层设计与光学局限关系之模拟分析,内容探讨在制作电流局限层设计如何达到好的光场局限效果并保有优异的电性特性,如图 7-14所示;在同样结构设计下在2017年引入了热透镜的概念,一般认为热在VCSEL 元件是很大的问题,然而热透镜效应就是为了利用热造成材料折射系数在孔径中央变大进而达到更佳的光场局限效果,但是结果仅止于模拟,到目前为止尚未有实验证实。

而本实验室之研究团队也于2014年提出电流局限层之设计如图7-15所示,并进一步模拟分析电性与光场分布状态,并提出同时可满足压抑高阶模态与预测和控制载子流向之行为的新颖设计,提供最佳的指导方针于室温电激发元件的制作上,同年也制作出浅蚀刻的结构,其品质因子 (quality factor)高达2600之共振腔,证明此结构具有横向光学局限效果;并在2017年将此结构成功制作在电激发元件中,在p-GaN 蚀刻 30nm的深度并回填