由于GaN材料與硅襯底之間存在著巨大的晶格常數(shù)失配和熱膨脹系數(shù)失配,直接在硅襯底上生長(zhǎng)GaN材料會(huì)導(dǎo)致GaN薄膜位錯(cuò)密度高并且容易產(chǎn)生裂紋,因此硅襯底InGaN基激光器難以制備。該研究方向是目前國(guó)際上的研究熱點(diǎn),但是到目前為止,僅有文章報(bào)道了在光泵浦條件下硅襯底上InGaN基多量子阱發(fā)光結(jié)構(gòu)的激射。
針對(duì)這一關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題,中科院蘇州納米所楊輝研究員領(lǐng)導(dǎo)的III族氮化物半導(dǎo)體材料與器件研究團(tuán)隊(duì),采用AlN/AlGaN緩沖層結(jié)構(gòu),有效降低位錯(cuò)密度的同時(shí),成功抑制了因硅與GaN材料之間熱膨脹系數(shù)失配而常常引起的裂紋,在硅襯底上成功生長(zhǎng)了厚度達(dá)到6 μm左右的InGaN基激光器結(jié)構(gòu),位錯(cuò)密度小于6×108 cm-2,并通過器件工藝,成功實(shí)現(xiàn)了世界上首個(gè)室溫連續(xù)電注入條件下激射的硅襯底InGaN基激光器,激射波長(zhǎng)為413 nm,閾值電流密度為4.7 kA/cm2。
該項(xiàng)目得到中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)與教育局、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院蘇州納米所自有資金的資助,并且感謝中科院蘇州納米所加工平臺(tái)、測(cè)試平臺(tái)以及Nano-X在技術(shù)上的支持。相關(guān)研究成果于8月15日在線刊登在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics)雜志上(2016年最新影響因子31.167)。
硅襯底InGaN基激光器結(jié)構(gòu)示意圖
硅襯底InGaN基激光器性能測(cè)試結(jié)果
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