據了解，廈門大學電子科學與技術學院張保平教授課題組在深紫外波段（UVC）垂直腔面發射激光器（VCSEL）方面取得新進展，相關成果以“High-quality AlGaN epitaxial structures and realization of UVC vertical-cavity surface-emitting lasers”為題發表于期刊Science China Materials （IF:8.65）。

圖1 所用外延片結構及光泵UVC VCSEL工藝流程

VCSEL由于具有在片測試、單模輸出、價格低、可以二維排列、圓形光束、小發散角、易于準直和波長漂移小等優點, 自1977年提出以來，一直受到科研和產業的極大關注�；�于GaAs的VCSEL已經成功應用于3D成像、激光雷達、光通訊等領域。與GaAs相比，III族氮化物具有直接帶隙、耐高溫、抗輻射、高擊穿電壓和高熱導率等優點，其禁帶寬度從InN的0.76 eV連續變化到AlN的6.14 eV，非常適合用于紫外~可見發光器件，包括VCSEL。

圖2 UVC VCSEL激射光譜以及激射閾值

AlGaN基VCSEL由于其的優越的材料性質和器件優點，已經吸引了很多關注。然而，由于材料外延生長和器件制備工藝的困難，AlGaN基VCSEL制備很困難。該工作通過側向外延生技術制備了高質量的AlGaN多量子阱（MQWs）結構的外延片，并通過X射線衍射（XRD）和光致發光（PL）等實驗對外延片進行了分析。XRD測量顯示，外延片中的AlN模板層幾乎是弛豫的，刃位錯密度為109 cm-2。隨后生長的AlGaN/AlN超晶格（SL）層被用來減少刃位錯密度，使得量子阱中的位錯密度為108 cm-2。根據PL測試結果，MQWs的內量子效率（IQE）為62%，且在室溫下發光以輻射復合為主。通過激光剝離（LLO）和化學機械拋光（CMP）技術，將這些外延片制備成UVC VCSEL。經過這些工藝，MQWs的晶體質量沒有受到影響，甚至觀察到了UVC波段的受激輻射。這些AlGaN基UVC VCSEL在275.91、276.28和277.64 nm實現了激射，最小的激射閾值為0.79 MW/cm2。

圖3 已經報道的氮化物VCSEL的激射閾值與波長的關系

上述工作由我院張保平教授領導的課題組與上海中微半導體郭世平博士合作完成，廈門大學為該論文的第一署名單位，第一作者為鄭重明博士后，通訊作者為郭世平博士和張保平教授。課題組長期進行GaN基發光器件如VCSEL、諧振腔LED（RCLED）、micro-LED研究，是大陸唯一成功實現電注入藍紫光、藍光、綠光VCSEL的科研團隊，并于2016年實現了國際上首個黃綠光波段VCSEL。此次成果是國際上首個在UVC波段激射的VCSEL。

該項工作得到了國家重點研發計劃以及國家自然科學基金的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1007/s40843-022-2310-5

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