氮化镓(GaN)垂直腔面发射激光器(VCSEL)在近20年来获得了飞速发展,已成为下一代半导体激光器的研究热点。GaN是制造从紫外波段到绿色波段光电子器件的绝佳材料,而VCSEL具有阈值和发散角小、调制速率高,以及输出光束呈圆对称等特点。首先回顾了基于GaN的VCSEL的发展历史,简要介绍了它的主要应用方向;然后讨论了反射镜与谐振腔设计与制造中的关键问题;接着分析了三种不同结构的GaN VCSEL的散热机理,并分析讨论了优化散热的策略;最后介绍了基于GaN的蓝色、绿色和紫外VCSEL的研究进展及最新思路。

In this paper, we report the exciton polaritons in both positive and negative detuning micro cavities based on InGaN multi-quantum wells (MQWs) and the first polariton lasing in InGaN/GaN MQWs at room temperature by utilizing a 4.5λ Fabry-Perot (F-P) cavity with double dielectric distributed Bragg reflectors (DBRs). Double thresholds corresponding respectively to polariton lasing and photonic lasing are observed along with half-width narrowing and peak blue-shifts. The threshold of polariton lasing is about half of the threshold of photonic lasing. Our results paved a substantial way for ultra-low threshold lasers and room temperature Bose-Einstein Condensate (BEC) in nitride semiconductors.

利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上生长了InGaN/GaN多量子阱外延结构, 高分辨率X射线衍射测量结果显示, 量子阱结构界面清晰, 周期重复性很好, InGaN阱层的In组分约为 0.2。利用该外延结构制备的InGaN/GaN多量子阱太阳电池的开路电压为2.16V, 转换效率达到了0.64%。器件的I-V测量结果显示, 在光照条件下, 曲线的正向区域存在一明显的“拐点”。随着聚光度的减小, I-V曲线的“拐点”逐渐向高电压区域移动, 同时器件的开路电压也随之急剧下降。通过与理论计算对比, 发现器件开路电压的下降幅度明显大于理论计算值。进一步分析表明, InGaN量子阱的极化效应不仅是I-V曲线产生拐点以及器件开路电压下降过快的主要原因, 也是影响氮化物太阳电池性能的关键因素之一。

利用闪耀光栅作为外腔光反馈元件，研究Littrow结构的蓝紫光外腔半导体激光器。通过引入闪耀光栅，在光栅面和半导体激光器后端面之间构成耦合外腔，改善了中心波长位于405.5 nm的边发射半导体激光二极管的性能。研究结果表明，在引入外腔反馈后，半导体激光二极管的阈值电流降低了27%，说明外腔与内腔之间具有较高的耦合效率；改变反馈元件光栅的转角，实现了激射波长的宽带连续调谐，调谐范围可达7 nm。