电注入氮化物微型谐振腔的研究

GaN基垂直腔面发射激光器是一种新型的半导体激光器，具有低阈值、圆形光斑、制作成本低等优点，在高密度光存储、激光显示、生物医疗等领域有着广阔的应用前景。然而，由于作为核心部分的氮化物微型谐振腔研制困难，其进展异常缓慢。III族氮化物材料特殊的性质，使氮化物微型谐振腔的研制中存在反射镜制作困难、光学损耗大、模式增益低以及工艺复杂等诸多问题。经过各国科研工作者的不懈努力，目前国际上已经有了极少量的研究报道。但总的来说，氮化物微型谐振腔的研究尚处于起步阶段，其中的许多技术难点和关键科学问题尚未解决。在本项目中，我们将通过深入研究激光剥离中的热场分布、谐振腔的光损耗机理、有源区中载流子输运过程来解决谐振腔研制中的关键问题，并利用简单可行的二次转移基底技术来降低器件制作难度。在此基础上，研制出高性能的电注入氮化物微型谐振腔，为实现GaN基垂直腔面发射激光器电注入激射奠定基础。

本项目围绕电注入氮化物微型谐振腔的研制开展研究，通过对氮化物微型谐振腔的结构设计、材料生长、器件制作、性能测试等环节进行系统研究，解决器件研制中的关键科学问题以及技术难点，进而研制出高性能的电注入氮化物微型谐振腔，为开发新型谐振腔光电子器件奠定基础。在项目执行期间，本项目主要开展了以下研究：. 1. 器件结构设计方面：. 理论模拟了氮化物微型谐振腔的结构参数对谐振模式、光场分布及光限制因子的影响；分析了氮化物微型谐振腔中的光损耗机理，建立了氮化物微型谐振腔中的光损耗模型；完善了器件的光学谐振腔；依据电注入氮化物微型谐振腔的结构特点，设计了氮化物微型谐振腔的电极结构,提出了可行的器件制作方案。. 2. 材料生长方面：. 生长了易于实现增益匹配的量子阱有源区结构；研究了量子阱有源区的微观结构及光学特性；阐述了量子阱有源区中载流子的输运规律。. 3. 器件制作方面：. 利用有限元分析法研究了激光剥离过程中GaN和蓝宝石中的热传输机理,得到了激光剥离温度场的空间分布函数，获得了完整的、低损伤激光剥离工艺条件，实现了激光剥离GaN表面粗糙度小于10nm；改进了键合工艺，开发了独特的二次转移基底技术；优化了台面刻蚀、电流限制、电极制作以及分布布拉格反射镜生长等器件制作工艺参数；制作了高品质因子（Q值）的电注入氮化物微型谐振腔器件。. 4. 器件性能测试方面：. 测量了所研制的电注入氮化物谐振腔的电学及光学特性。结果显示，器件的电学特性良好，谐振腔发光波长稳定，腔模位于455nm附近，线宽小于0.25nm，品质因子达到了2000以上。