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)。為解決該問題，天津賽米卡爾科技有限公司技術(shù)團隊基于先進的TCAD仿真設(shè)計平臺開發(fā)出了晶格匹配的AlInN/GaN DBR模型數(shù)據(jù)庫，并系統(tǒng)地研究了晶格匹配的AlInN/GaN底部DBR結(jié)構(gòu)對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)中的極化電場強度并同時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)下的電場分布（b）20 mA注入電流下的電場分布；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表示量子壘的勢壘高度

此外，AlInN/GaN底部DBR結(jié)構(gòu)也會對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[見圖2（c）和2（d）]。雖然AlInN/GaN底部DBR的設(shè)計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