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《杂化钙钛矿：降低纳米线激光器阈值》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： chenfang
  • 发布时间：2015-06-16

  • 杂化钙钛矿是一种新的纳米线激光器材料。这些一维纳米结构的钙钛矿能够调节激光波长，使其保持在一个较低的阈值，标志着集成光子学上成功的一步。

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    • 编译者：shenxiang
    • 发布时间：2018-08-02
    • AlGaN发光器件是一种很有前途的紫外线光源，以取代现有的紫外气体激光器和含有有毒物质（汞）的紫外线灯。然而，基于AlGaN的紫外发射器的性能是有限的，特别是高功率紫外激光二极管（低于330nm的发射）还没有被报道。此外，紫外激光二极管（＞330nm）的阈值工作电压很高，由于注入效率不高，在高串联电阻激光模式下超过25V。 器件性能中的这些限制归因于几个因素，例如存在高密度缺陷（位错）和低效的富Al型AlGaN层的p型掺杂，以及现有器件方案缺乏有效的热耗散通道。因此，迫切需要一种新的设备方案。 AlGaN纳米线被发现是克服这些障碍的有前景的候选材料。与AlGaN外延薄膜层相比，因为与大的表面体积比相关的有效应变弛豫，无缺陷AlGaN纳米线可以直接生长在许多衬底（包括金属）上。金属或金属涂层的硅或蓝宝石衬底可以提供更好的散热通道，用于大电流操作。此外，由于更有效的镁（Mg）掺入和较低的活化能，p型纳米线（Si、Ge、GaN等）被认为具有相对低的电阻率。因此，发展由AlGaN 纳米线制成的紫外光源是一个让人非常感兴趣的研究领域。 近日，由沙特阿拉伯国王阿卜杜拉理工大学（KaSUT）的Haiding Sun, Xiaohang Li, Boon S Ooi等人领导的一个研究团队首次提出了一种新的无位错纳米线结构，其具有缓变折射率分限异质结构（GRANSCH）构型。研究人员在两个成分梯度的AlGaN层中嵌入一个活跃区域，即构成GRANSCH 二极管。 图1 制作的纳米线GRINSCH紫外发射器的3D示意图和GRANSCH和传统的p-i-n二极管的I-V曲线。 广泛的理论和实验工作表明，这种二极管具有优良的电气和光学性能。计算的电子能带图和载流子浓度表明，即使在没有故意掺杂的情况下，梯度AlGaN层中的电子和空穴浓度为1018／cm3的p-n结也能自动形成。与传统的Pi-N二极管相比，在GRANSCH二极管中实现了显著降低的6.5V（减小2.5V）和较小的串联电阻（16.7Ω）（减小了近四倍）。 这种电性能的改善主要归因于引入成分梯度的AlGaN层，由于极化诱导的N和P掺杂增强了电子和空穴的输运性质。此外，还证实了具有较大光学限制的更好的载流子分布（电子和空穴）。因此，研究人员相信GRANSCH二极管可以为开发固态UV光电器件、特别是未来的激光二极管提供一种非常规的途径 低缺陷/位错密度、低导通电压和小的片状电阻以及更好的散热通道是实现高性能III族氮化物基UV和可见光器件的关键先决条件。该研究团队所提出的设备方案具有： （1）结构无位错； （2）采用Ti/TaN双金属涂层Si衬底，效率降低； （3）利用偏振诱导掺杂显著改善I-V特性； （4）更好的载流子和光学约束（激光结构的关键）。 以前，这样的GRANSCH二极管配置已经成功地实现在常规III-基于VI（例如，GaAs，InP）激光二极管中，通过同时改善载流子注入和垂直光学模式限制。因此，具有GrRSCH结构的紫外激光二极管设计可以利用偏振增强p型掺杂，同时实现更好的载流子和光学模式限制。
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  • 《具有n型脊的硅衬底InGaN激光器》
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    • 编译者：Lightfeng
    • 发布时间：2020-10-19
    • 中国苏州纳米技术与纳米仿生研究所（SINANO）已在硅上使用n型脊形波导（nRW）制造了氮化铟镓（InGaN）发射紫光的激光二极管（LDs），与pRW LDs相比，其电阻更低，热性能更好。普通工艺要求基于InGaN的激光二极管中的RW位于器件的p侧，但p-GaN的电阻比n-GaN的电阻大得多，因此出现了热和电问题。 该团队认为nRW-LD器件可以与大规模的硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）主流电子产品完全兼容，并且可以在单片集成硅光子学中用作高效的片上光源，以实现高功率加快数据通信和计算速度。 RW-LD的III-氮化物异质结构在硅上生长，并控制穿线错位密度。激光二极管结构由夹在波导层之间的五个InGaN量子阱组成。将激光二极管结构的p面朝下键合到具有p型欧姆接触电极表面的精确Si（100）晶片上。倒置的RW-LD结构使包层的n型侧面约为0.5μm。在非倒置结构中，n覆层位于厚GaN模板的顶部，倒置RW-LD覆层的p侧较厚，为1.2μm。最终将键合材料制成10μmx800μmRW-LD器件。 研究人员表示低热导率的n型AlGaN包层厚度减小可以降低由于AlGaN和GaN模板之间晶格失配而产生的热阻和拉应力，从而提高器件性能和制造成品率。 在-5V反向偏置下，反向泄漏电流为?10-7A。开启电压约为3.0V。反向nRW-LD注入350mA时的差分电阻为1.2Ω，反向器件的热阻估计为18.2K / W。在350mA下连续波（CW）操作下的结温为48.5°C。 在100mA注入时，nRW-LD结构的半峰全宽（FWHM）光谱线为12nm。在320mA时，线宽缩小到0.8nm，在阈值处给出的激光模式波长为418.3nm。
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