硅基Ⅲ族氮化物半导体激光器的研究进展

摘要

Ⅲ族氮化物半导体激光器在激光显示、汽车大灯等激光照明等领域有着重要的应用前景.目前绝大多数GaN基激光器都是外延生长在2英寸的GaN自支撑衬底上,但是衬底材料的成本很高.采用大尺寸、低成本的硅衬底来外延生长GaN基激光器，不仅有望大幅降低激光器的制造成本，加快推进GaN基激光器的相关产业发展，而且为硅基GaN光电集成提供了一条途径。 与LED不同，半导体激光器中通常需要外延生长AlGaN厚层光场限制层(Optical Cladding Layers)和波导层，进一步增大了硅基GaN激光器的研制挑战。通过采用Al组分渐变的AlN/AlGaN的多层结构的缓冲层，不仅有效遏制了GaN薄膜中因与硅衬底之间的热膨胀系数失配而引起的微裂纹，而且显著降低了材料中的穿透位错密度，获得了高质量的硅基GaN外延材料，为激光器的研制奠定了关键基础。通过对硅基GaN激光器的结构设计、外延生长、及器件工艺的系列优化，团队在国际上率先实现了硅基GaN紫光、蓝光、和近紫外波段的F-P腔激光器的室温电注入激射，以及硅基GaN微腔激光器的室温电注入激射。