据中国科学院苏州纳米所官微消息，依托中国科学院苏州纳米所建设的半导体显示材料与芯片重点实验室与苏州实验室合作，近日研制出GaN基光子晶体面发射激光器，并实现了室温电注入激射。
研究团队首先仿真设计了GaN基PCSEL器件结构，随后外延生长了高质量的GaN基激光器材料，并开发了低损伤的光子晶体刻蚀与钝化工艺，制备了GaN基PCSEL器件，光子晶体区域尺寸为400×400μm2。
通过角分辨光谱测量GaN基PCSEL在Γ-X方向上的能带结构，可以观察到：注入电流较低时，能带结构清晰，辐射模式C的强度最大；随着电流增大，非辐射模式B的强度显著增强，直至激射。通过测量能带，可以确定器件是基模B的激射，阈值电流附近的模式半高宽约为0.05 nm。
图片来源：中国科学院苏州纳米所【图中，(a) GaN基PCSEL的结构示意图，(b)光泵测试得到的光子晶体能带结构，光子晶体的(c)表面和(d)截面扫描电子显微镜图】
据了解，传统的FP腔激光器、DFB激光器以及VCSEL等，无法兼具单模、大功率、小发散角等优良特性。而光子晶体面发射激光器（PCSEL）可实现大功率、小发散角的单模激光输出，成为研究热点之一。GaN基半导体材料发光效率高、化学稳定性好，可用于制造PCSEL，在新型显示、材料加工等领域具有广阔应用前景，但此前全球范围内仅有日本实现了GaN基PCSEL的电注入激射。
此工作得到了国家重点研发计划项目、苏州实验室项目等资助，推动了中国在GaN基PCSEL领域的发展，有望打破国外在此技术上的垄断。
苏州纳米所表示，下一步拟采用高质量的GaN单晶衬底，设计新型的GaN基PCSEL结构，并突破PCSEL器件制备与封装散热技术，实现高功率（10-100W）单模激光输出。
（集邦化合物半导体整理）
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