将GaN垂直腔面发射激光器推向市场-化合物半导体.PDF

技术 | Technology – 激光器 将GaN垂直腔面 发射激光器推向市场 采用侧向蔓延外延生长技术可使GaN垂直腔面发射激光器（VCSEL） 的输出功率达到一个新的高度。 TATSUSHI HAMAGUCHI, 索尼公司 GaN 是一种用于制造光电子器件的极佳材 在反射镜和腔体的制造上会遇到许多障碍，并且 料。基于GaN 的蓝色、绿色和白光LED 每 难以在有源区中对电流产生足够约束来确保激光 年在全球的销售收入达到了数十亿美元，并且蓝 的发射。然而，业界也已经有了一些重大的突破， 色、蓝紫色和绿色的面发射激光器也有着很大的 包括我们索尼的团队在内，在靠近反射镜区域利 市场，这使得GaN 垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 用侧向蔓延外延生长技术来制作高质量有源区， 成为GaN 光电子产品组合中的唯一明显短板。但 从而可将它的输出功率提升到一个新的高度。 是，如果GaN VCSEL 可以依照GaAs 器件的制造 与GaAs VCSEL 制造相关的许多挑战在 方法，它应该能够制作出一类具有非常低阈值电 GaAs 产品中并不存在，因为GaAs 可与AlGaAs 流、能在高频下工作并可构成发射器阵列的GaN 配对，AlGaAs 是一种晶格常数与GaAs 非常接近 激光器件。 的三元化合物。这些砷化物合金可以形成低缺陷 具有这些属性，使得基于GaN 的VCSEL 注 密度的分布式布拉格反射器（DBR ），它是位于 定会在许多应用中代替常规LED 和激光器件作为 有源区的两侧，具有足够的光学增益来保证产生 一种光源，应用于如光存储、激光打印机、投影仪、 激光发射。此外，因为这些材料可以通过掺杂而 显示器、固态照明、光通信和生物传感器中。如 导电，因此可以在每个DBR 上沉积电极来将载 果将发射绿光、蓝光和红光的GaAs VCSEL 结合 流子注入到有源区中。 在一起，则可以制成令人难以置信的、可穿戴的 GaAs 基材料体系的另一个特性是可以将 小型投影仪以及作为全色彩显示器的大功率光源。 AlAs 部分氧化而将其从半导体材料转换成为绝缘 然而，实现这一梦想并不容易。在浏览科学 体材料。因此，当将AlAs 插入到有源区两侧时， 文献之后，你很快就会意识到，制造基于GaN 的 可将其氧化来产生能约束电流的一个光阑孔径。 VCSEL 远比制造基于GaAs 的同种产品更为困难。 这是一种必需的结构，因为它能增强诱导发射， 图1. 在VCSEL （右图）中，光在有源区的垂直方向上传播，而在面发射激光二极管（左图）中，光是在与有源区平行方向上传播，产生这 个关键性差异是源于它们的结构不同。在VCSEL 中，所有的薄层、反射镜和有源区都彼此平行，使得光子的传播方向都垂直于这些薄层。 18 化合物半导体 2017年第1期 技术 | Technology – 激光器 而这是产生激光发射的先决条件。 图2. 在GaAs基VCSEL 中，有源区被夹在两个 而对GaN 来说情况则明显不同。首先，最