近日，廈門大學電子科學與技術學院張保平教授等在氮化镓垂直腔面發射激光器(GaN基VCSEL)方面取得新進展，相(xiàng)關成果以“Green Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers Based on InGaN Quantum Dots and Short Cavity”爲題發表于期刊Nano-Micro Letters。

　　一、研究背景

　　VCSEL由于其具有圓形光束、尺寸小、阈值低、易于集成等特點而備受關注，紅外波段GaAs基VCSEL已經被廣泛用于數據通信、3D識别和激光雷達等領域。在可見(jiàn)光波段，GaN基VCSEL在顯示、可見(jiàn)光通信和生物醫療等方面有極大的潛在應用，因而成爲GaN光電子器件的研究熱點，多個跨國企業(如索尼、日亞、斯坦雷電氣等)和著名科學家(如諾貝爾獎獲得者Nakamura教授和Akasaki教授等)都投入到GaN基VCSEL的開發研究。

　　目前，GaN基VCSEL通常使用InGaN 量子阱(QW)作爲有源區。若要實現(xiàn)綠光VCSEL激射，需要提高QW的In組分，但(dàn)高In組分将帶來很強的量子限制斯塔克效應(QCSE)和高缺陷密度，使QW發光效率下降，難以實現(xiàn)綠光VCSEL激射。

電注入GaN基VCSEL的 (a)結構示意圖(b)FIB-SEM圖(c)電注入EL光譜(d)PI曲線(xiàn); (e)國内外GaN基綠光VCSEL阈值電流密度與波長的對應關系圖

　　二、研究内容

　　在本工作中，使用S-K模式下進行生長的InGaN量子點(QD)作爲有源區，有效減小極化電場并提高發光效率，實現(xiàn)了綠色GaN基VCSEL在連續電流注入下的室溫低阈值激射，阈值電流密度僅爲51.97 A/cm2，激射波長爲524.0 nm。所使用的自組裝InGaN QD外延片，其高IQE以及類δ函數的态密度是(shì)實現(xiàn)低阈值電流的關鍵。

　　此外，器件的短腔(~4.0 λ)将自發輻射耦合因子提高到0.094，增加了增益系數，并有效降低了光損耗。VCSEL中的AlN電流限制層和電鍍銅支撐基闆有效提高了器件的散熱性能。上述研究結果爲實現(xiàn)高性能GaN基VCSEL提供了重要的基礎。

　　三、研究相(xiàng)關

　　上述工作由電子科學與技術學院張保平教授領導的課題組與中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所劉建平教授領導的課題組合作完成，作者爲電子學院2021級博士生楊濤，通訊作者爲梅洋助理教授、劉建平研究員(yuán)和張保平教授。中國台灣陽明交通大學郭浩中教授對QD外延片的CL測試數據提供了寶貴的建議(yì)和幫助，電子科學與技術學院博士生陳衍輝、王亞超、歐偉等也參與了該工作。

　　課題組長期進行GaN基發光器件如諧振腔LED(RCLED)、Micro LED、以及VCSEL研究，目前已成功實現(xiàn)藍紫光、藍光、綠光器件的電注入激射，并且在國際上首次實現(xiàn)了深紫外波段(UVC)VCSEL的光泵浦激射。該項工作得到了國家自然科學基金以及國家重點研發計劃重點專項的資助。