由于AlN和GaN之間存在較大的晶格失配和熱膨脹失配,導(dǎo)致很難獲得高質(zhì)量的AlN/GaN布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflection,DBR)結(jié)構(gòu)。為解決該問(wèn)題,天津賽米卡爾科技有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于先進(jìn)的TCAD仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)開(kāi)發(fā)出了晶格匹配的AlInN/GaN DBR模型數(shù)據(jù)庫(kù),并系統(tǒng)地研究了晶格匹配的AlInN/GaN底部DBR結(jié)構(gòu)對(duì)GaN基垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)電學(xué)和熱學(xué)特性的影響。
如圖1所示,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):采用AlInN/GaN底部DBR(VCSEL B2)能夠有效地減小GaN基VCSEL有源區(qū)中的極化電場(chǎng)強(qiáng)度并同時(shí)降低量子壘與量子阱中能帶傾斜程度,從而增加電子-空穴波函數(shù)的重疊率,提高器件的輸出功率。
圖1.沿[0001]方向,VCSEL A和VCSEL B2在(a)平衡態(tài)下的電場(chǎng)分布(b)20 mA注入電流下的電場(chǎng)分布;VCSEL A和VCSEL B2在20 mA注入電流下的(c)導(dǎo)帶分布和(d)價(jià)帶分布;ΔEW表示量子阱的能帶傾斜程度;ΔEB表示量子壘的能帶傾斜程度;ΔΦ表示量子壘的勢(shì)壘高度
此外,AlInN/GaN底部DBR結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)VCSEL器件的散熱性能產(chǎn)生影響。如圖2(a)和2(b)中展示的熱量分布,AlInN的低熱導(dǎo)率會(huì)導(dǎo)致VCSEL B2具有更高的熱阻,最終使得器件的熱衰退提前,結(jié)溫也明顯增加[見(jiàn)圖2(c)和2(d)]。雖然AlInN/GaN底部DBR的設(shè)計(jì)在一定程度上犧牲了器件的熱學(xué)特性,但最終提升了器件的光輸出功率和3 dB帶寬。
圖2.(a)VCSEL A和(b)VCSEL B2的二維熱分布;VCSEL A和VCSEL B2的(c)光輸出功率、(d)結(jié)溫和(e)3 dB帶寬
該成果最近被應(yīng)用物理及光學(xué)領(lǐng)域權(quán)威SCI期刊Applied Optics收錄(vol.62, no. 13, pp. 3431-3438, 2023, DOI: 10.1364/AO.492487)
審核編輯:湯梓紅
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