Moduleret doping forbedrer GaN-baserede lodrette kavitets overflade-emitterende lasere

Forskere ved Meijo University og Nagoya University i Japan demonstrerede et design af GaN-baserede vertikale hulrum overflade-emitterende lasere (VCSEL'er), der giver god elektrisk ledningsevne og er let at dyrke. Resultaterne er rapporteret i Applied Physics Express.

Denne forskning er omtalt i november 2016-udgaven af ​​online JSAP Bulletin .

"GaN-baserede vertikale hulrum overflade-emitterende lasere (VCSEL'er) forventes at blive brugt i forskellige applikationer, såsom nethindescanningsskærme, adaptive forlygter, og højhastighedskommunikationssystemer til synligt lys, " forklarer Tetsuya Takeuchi og kolleger ved Meijo University og Nagoya University i Japan i deres seneste rapport. indtil nu, strukturerne designet til kommercialisering af disse enheder har dårlige ledende egenskaber, og eksisterende tilgange til forbedring af ledningsevnen introducerer fremstillingskompleksiteter, mens ydeevnen hæmmes. En rapport fra Takeuchi og kolleger har nu demonstreret et design, der giver god ledning og er let at dyrke.

VCSEL'er bruger generelt strukturer kaldet distribuerede Bragg-reflektorer for at give den nødvendige reflektivitet til et effektivt hulrum, der gør det muligt for enheden at lasere. Disse reflektorer er vekslende lag af materialer med forskellige brydningsindekser, hvilket resulterer i en meget høj reflektionsevne. Intrakavitetskontakter kan hjælpe med at forbedre den dårlige ledningsevne af GaN VCSEL'er, men disse øger hulrummets størrelse, hvilket fører til dårlig optisk indeslutning, komplekse fremstillingsprocesser, høje tærskelstrømtætheder og en lav output-versus-input effekteffektivitet (dvs. hældningseffektiviteten).

Den lave ledningsevne i DBR-strukturer er resultatet af polarisationsladninger mellem lagene af forskellige materialer - AlInN og GaN. For at overvinde virkningerne af polarisationsladninger, Takeuchi og kolleger brugte silicium-doterede nitrider og indførte "modulationsdoping" i strukturens lag. De øgede koncentrationer af siliciumdotering ved grænsefladerne hjælper med at neutralisere polarisationseffekterne.

Forskere fra Meijo og Nagoya University har også udtænkt en metode til at fremskynde AlInN-væksthastigheden til over 0,5 μm/t. Resultatet er en 1,5λ-kavitet GaN-baseret VCSEL med en n-type ledende AlInN/GaN distribueret Bragg-reflektor, der har en maksimal reflektivitet på over 99,9%, tærskelstrøm på 2,6 mA, svarende til en tærskelstrømtæthed på 5,2 kA/cm2, og en driftsspænding var 4,7V.