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脈沖模式下輸出功率超15 W的氮化鎵藍光激光器

發表于:2024-12-06 來源:半導體產業網 編輯:

?氮化鎵(GaN)藍光激光二極管(LD)在高密度數據存儲、激光顯示、照明與量子技術等領域具有重要應用。但目前,其輸出功率與GaAs基LD仍有差距,進一步提升功率密度與可靠性對于降低成本至關重要。在GaN材料體系中,外延晶體質量是決定LD性能的關鍵因素,晶體中的位錯和非輻射復合中心會嚴重影響器件的效率和可靠性。此外,高功率LD面臨的另一個挑戰是腔面處的災變性光學損傷(COD),腔面介質膜材料與GaN晶面之間的界面質量是影響COD閾值的關鍵因素。

近日,清華大學羅毅院士課題組與安徽格恩半導體有限公司合作,通過深入研究GaN同質外延過程中的位錯控制、InGan/GaN多量子阱的應力調控以及腔面鍍膜技術,制備了高效的GaN藍光激光二極管。他們在該工作中利用了氫化物氣相外延(HVPE),結合多次掩膜技術和3D-2D交替生長技術,將GaN襯底的位錯密度降低了60%。通過集成InGaN/GaN超晶格(SL)波導結構,進一步減輕了量子阱有源區的應力,使光致發光(PL)強度提升了約60%。

此外,該團隊還采用電子回旋共振(ECR)技術提升了腔面鍍膜質量,顯著降低了高反(HR)和抗反(AR)膜表面的粗糙度,改善了大電流注入下的COD問題。最終,該研究實現了波長447 nm的脈沖激光發射,最大輸出功率達到15 W,電光轉化效率(WPE)為38%。這些成果為研制國產高性能GaN激光器、探索GaN大功率激光器的新應用奠定了堅實基礎。該文章以題為“Gallium nitride blue laser diodes with pulsed current operation exceeding 15W in optical output power”發表在Journal of Semiconductors上。

圖1. GaN單晶生長路徑示意圖。

圖2. (a)LD的功率-電流-電壓(PIV)以及WPE特性;(b)LD的光譜,插圖是GaN激光器在發光時的圖像。

來源:中國科學院半導體研究所“半導體學報”微信公眾號

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