上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果為近年來局限在光激發(fā)的氮化鎵VCSEL的結(jié)果,一直到2008年,作者實(shí)驗(yàn)室首次在77 K下成功制作出第一個(gè)電激發(fā)氮化鎵VCSEL,其雷射結(jié)構(gòu)為混合式DBR VCSEL結(jié)構(gòu),如圖7-8所示。下DBR為29對(duì)AlN/GaN DBR,之后成長(zhǎng)790nm的n型氮化鎵與10對(duì)的In0.2Ga0.8N/GaN多量子井結(jié)構(gòu),最后成長(zhǎng)120nm的p型氮化鎵,整體共振腔厚度約5λ,其波長(zhǎng)設(shè)計(jì)在460nm,這是為了避免表面透明導(dǎo)電層銦錫氧化物(ITO)對(duì)光的吸收。完成磊晶成長(zhǎng)與ITO之后,最后鍍上8對(duì)的Ta2O5/SiO2上DBR形成混合式DBR VCSEL結(jié)構(gòu)。由于雷射結(jié)構(gòu)中的AIN/GaN下DBR為未摻雜,故為不導(dǎo)電材料,因此必須將元件設(shè)計(jì)成intra cavity結(jié)構(gòu),使n型與p型電極在元件同一側(cè),雷射發(fā)光孔徑為10μm,ITO厚度設(shè)計(jì)為1λ使其在波長(zhǎng)460 nm之穿透率高達(dá)98.6%。
圖7-9(a)為29對(duì)AIN/GaN DBR與8對(duì)Ta2O5/SiO2DBR之反射頻譜圖,其中平坦的禁止帶表示了高品質(zhì)的AIN/GaN DBR結(jié)構(gòu),其最高反射率約為99.4%且禁止帶寬度約為25 nm,而上DBR最高反射率約為99%。圖7-9(b)為室溫下利用He-Cd雷射激發(fā)的光激發(fā)頻譜,共振腔波長(zhǎng)約為454.3 nm且Q值可高達(dá)2200,再次表示了高品質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)與上下DBR的高反射率。
圖7-10為電激發(fā)氮化鎵VCSEL于77 K下量測(cè)的電流、電壓與輸出強(qiáng)度關(guān)系圖,元件的起始電壓(turn-on voltage)約為4.1 V,相對(duì)高的電壓值可能由于微小的電流孔徑與intra cavity結(jié)構(gòu)所致。而電流與發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系可觀察到明顯的雷射現(xiàn)象,其雷射閾值電流約為1.4mA,所對(duì)應(yīng)的電流密度約為1.8 kA/cm2。圖7-11為不同注入電流下之雷射頻譜圖,當(dāng)注入電流大于閾值電流時(shí),波長(zhǎng)在462.8 nm出現(xiàn)單一的雷射訊號(hào)。圖7-11中的插圖為不同注入電流下的訊號(hào)半高寬值,可以發(fā)現(xiàn)在閾值電流之后訊號(hào)半高寬明顯下降,另一張插圖顯示注入電流為1mA下之元件孔徑強(qiáng)度分布圖,圖中可以觀察到空間上強(qiáng)度分布的不均勻,有可能是銦在空間上的分布不均所導(dǎo)致。
除了上述低溫下電激發(fā)的氮化鎵VCSEL之外,在2008年末,Nichia公司發(fā)表了室溫下連續(xù)操作的氮化鎵VCSEL,其雷射結(jié)構(gòu)是利用雷射剝離技術(shù)制作而成的上下介電質(zhì)DBR結(jié)構(gòu),主動(dòng)層是由2對(duì)InGaN/GaN多量子井結(jié)構(gòu)所組成,上下DBR分別為7對(duì)與11.5對(duì)的SiO2/Nb2O5DBR,其中ITO配合共振腔中的光場(chǎng)分布設(shè)計(jì)在光學(xué)駐波的節(jié)點(diǎn)上,而在共振腔厚度方面,他們更利用化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)(chemical-mechanical polishing,CMP)將n型氮化鎵的厚度減薄,使整體共振腔厚度只有約1.1μm,相當(dāng)于7倍的光學(xué)波長(zhǎng)厚度。其雷射的閾值電流約為7 mA,對(duì)應(yīng)的電流密度約為13.9kA/cm2,起始電壓約為4.3 V,當(dāng)注入電流為12 mA時(shí)對(duì)應(yīng)的雷射功率為0.14mW。觀察其不同注入電流下之發(fā)光頻譜圖,當(dāng)注入電流小于閾值電流時(shí),可以明顯看到高階橫向模態(tài)的分布,且訊號(hào)半高寬約為0.11 nm,而當(dāng)注入電流為1.1倍的閾值電流時(shí),雷射訊號(hào)波長(zhǎng)為414.4 nm且半高寬變窄為0.03 nm。他們進(jìn)一步觀察8 μm電流孔徑之近場(chǎng)影像,可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)注入電流為0.6倍的閾值電流時(shí),發(fā)光強(qiáng)度均勻地涵蓋整個(gè)雷射孔徑,而當(dāng)達(dá)到閾值電流之后,一個(gè)直徑大約2μm的亮點(diǎn)出現(xiàn)在靠近孔徑中心的位置,表示雷射光點(diǎn)大小會(huì)小于電流孔徑。
雖然于2008年研究群成功實(shí)現(xiàn)了低溫下與室溫下氮化鎵VCSEL的結(jié)果,然而氮化鎵VCSEL目前仍需面臨許多挑戰(zhàn),包含電流分布的改善、輸出功率的提升、雷射模態(tài)的控制以及元件生命期長(zhǎng)短等。這些問題都是將藍(lán)光氮化鎵VCSEL進(jìn)一步推向商品化之前必須努力的目標(biāo)。
-
激光器
+關(guān)注
關(guān)注
17文章
2625瀏覽量
61431 -
氮化鎵
+關(guān)注
關(guān)注
61文章
1707瀏覽量
117220
原文標(biāo)題:電激發(fā)式藍(lán)紫光 VCSEL
文章出處:【微信號(hào):Semi Connect,微信公眾號(hào):Semi Connect】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
外腔單頻可調(diào)諧波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器研究

激光器基礎(chǔ)---激光腔

淺析半導(dǎo)體激光器的發(fā)展趨勢(shì)

EastWave應(yīng)用:垂直腔表面激光器
光激發(fā)藍(lán)紫光VCSEL技術(shù)

VirtualLab Fusion應(yīng)用:垂直腔面發(fā)射激光器 (VCSEL) 二極管陣列的建模
VSCEL激光器在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用及其AEC-Q102認(rèn)證的重要性

半導(dǎo)體激光器EEL & VCSEL應(yīng)用領(lǐng)域

電子科普!什么是激光二極管(半導(dǎo)體激光器)
VCSEL激光在蝕刻和光刻中的應(yīng)用與前景
面發(fā)射半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)效率突破

ROHM開發(fā)出集VCSEL和LED特點(diǎn)于一體的紅外光源VCSELED?

評(píng)論