我国半导体激光器研究获进展 成果发布引关注
- 2016/8/18 13:34:31 13465
- 来源：苏州纳米技术与纳米仿生研究所
为解决这一问题，“光”被认为是一种非常有潜力的超高速传输媒介，可用于硅基芯片以及系统间的数据通信。但是，硅作为间接带隙材料，发光效率极低，难以直接作为发光材料。研究人员提出利用具有高发光效率的III-V族材料作为发光材料，生长或者键合在硅衬底上，从而实现硅基光电集成。
III族氮化物材料是一种直接带隙材料，具有禁带宽度宽、化学稳定性强、击穿电场高以及热导率高等优点，在发光器件以及功率电子器件等领域有着广泛的应用前景，近年来已成为一大研究热点。将InGaN基激光器直接生长在硅衬底材料上，为GaN基光电子器件与硅基光电子器件的有机集成提供了可能。另一方面，自1996年问世以来，InGaN基激光器在二十多年里得到了快速的发展，其应用范围遍及信息存储、照明、激光显示、可见光通信、海底通信以及生物医疗等领域。
目前几乎所有的InGaN基激光器均是利用昂贵的自支撑GaN衬底进行制备，限制了其应用范围。硅衬底具有成本低、热导率高以及晶圆尺寸大等优点，如果能够在硅衬底上制备InGaN基激光器，将有效降低其生产成本，从而进一步推广其应用。
由于GaN材料与硅衬底之间存在着巨大的晶格常数失配和热膨胀系数失配，直接在硅衬底上生长GaN材料会导致GaN薄膜位错密度高并且容易产生裂纹，因此硅衬底InGaN基激光器难以制备。该研究方向是目前上的研究热点，但是到目前为止，仅有文章报道了在光泵浦条件下硅衬底上InGaN基多量子阱发光结构的激射。
针对这一关键科学技术问题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员杨辉领导的III族氮化物半导体材料与器件研究团队，采用AlN/AlGaN缓冲层结构，有效降低位错密度的同时，成功抑制了因硅与GaN材料之间热膨胀系数失配而常常引起的裂纹，在硅衬底上成功生长了厚度达到6 μm左右的InGaN基激光器结构，位错密度小于6×108 cm-2，并通过器件工艺，成功实现了世界上室温连续电注入条件下激射的硅衬底InGaN基激光器，激射波长为413 nm，阈值电流密度为4.7 kA/cm2。
该项目得到中科院前沿科学与教育局、中科院先导专项、国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、中科院苏州纳米所自有资金的资助，苏州纳米所加工平台、测试平台以及Nano-X提供了技术支持。相关研究成果于8月15日在线刊登在学术期刊《自然-光子学》（Nature Photonics）上。
（原标题：苏州纳米所在硅衬底InGaN基半导体激光器研究方面取得进展）
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