【摘 要】
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垂直腔面发射激光器（VCSEL）具有阈值电流低、光电转换效率高、耗能少、易与光纤耦合等优点,在光通讯、高密度光存储、激光显示、激光打印、激光照明等领域都具有巨大的应用潜力。近年来,随着氮化物材料外延技术的发展,氮化镓（GaN）基VCSEL受到人们的普遍关注。但器件的制备还普遍存在一些问题:由于该器件结构中布拉格反射器（DBR）不导电,环形的电极导致电流限制不足及载流子传输效果差,降低了GaN VC
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
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垂直腔面发射激光器（VCSEL）具有阈值电流低、光电转换效率高、耗能少、易与光纤耦合等优点,在光通讯、高密度光存储、激光显示、激光打印、激光照明等领域都具有巨大的应用潜力。近年来,随着氮化物材料外延技术的发展,氮化镓（GaN）基VCSEL受到人们的普遍关注。但器件的制备还普遍存在一些问题:由于该器件结构中布拉格反射器（DBR）不导电,环形的电极导致电流限制不足及载流子传输效果差,降低了GaN VCSEL的输出功率。本论文从仿真软件设计器件电流限制的结构及制备导电DBR两个角度出发,研究了提高GaN VCSEL输出功率、改善器件电流拥堵效应的有效方法,主要内容如下。首先采用PICS 3D仿真软件设计了具有p-Al GaN横向电流限制层的GaN VCSEL。通过能带结构,电子浓度分布、受激辐射强度等分析了p-Al GaN电流限制层对器件内电子传输的影响。通过对比不同厚度以及不同位置的p-Al GaN层对GaN VCSEL器件输出功率提高的效果,提出了提高基于p-Al GaN电流限制层的GaN VCSEL输出功率的最佳设计方案,为实验提供了理论指导。其次,针对GaN VCSEL的DBR不导电,环形电极构成的电流拥堵效应而降低器件输出功率的问题,设计并制备了导电的SiO2/HfO2 DBR。结合光学模拟,我们设计了合适的DBR生长对数为5.5对。通过光学反射率测试和模拟结果相比较,证明制备的DBR具有较高的反射率,5.5对SiO2/HfO2 DBR反射率98.3%。采用电学击穿方法,使得SiO2/HfO2 DBR中形成导电通道。实验结果证明制备的DBR导通后导电通道可稳定存在,且不同电极下DBR的击穿性能不同。通过详细分析,证明了DBR的金属细丝导电原理。具有p-Al GaN插入层的GaN VCSEL以及导电SiO2/HfO2 DBR的制备均可有效提高GaN VCSEL的电流注入效率,有利于提高器件内载流子有效辐射复合,对输出功率的提高提供了重要的解决的方案。
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