[發(fā)明專利]納米晶體表面發(fā)射激光器在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202080069836.0 | 申請日： | 2020-10-15 |
| 公開（公告）號： | CN114503380A | 公開（公告）日： | 2022-05-13 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 羅龍虎;R·T·拉希德;劉先河;米澤田 | 申請（專利權(quán)）人： | 密歇根大學(xué)董事會 |
| 主分類號： | H01S5/183 | 分類號： | H01S5/183;H01S5/34 |
| 代理公司： | 北京市磐華律師事務(wù)所 11336 | 代理人： | 高偉 |
| 地址： | 美國密*** | 國省代碼： | 暫無信息 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 納米 晶體 表面 發(fā)射 激光器 | ||
全外延的、電注入的表面發(fā)射綠色激光器在約520?560納米(nm)的范圍內(nèi)工作。例如，在523nm，器件表現(xiàn)出每平方厘米約0.4千安培(kA/cm2)的閾值電流密度，其與先前報(bào)道的藍(lán)色激光二極管的閾值電流密度相比要低一個(gè)數(shù)量級以上。
本申請要求提交于2019年10月15日，序列號62/915,432，Yong-Ho Ra等人的標(biāo)題為“電泵浦面發(fā)射半導(dǎo)體綠色激光器(Electrically Pumped Surface-EmittingSemiconductor Green laser)”的美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用將其全文并入。
根據(jù)35 U.S.C.202(c)(6)的聲明
本發(fā)明是在美國國家科學(xué)基金會授予的ECCS1709207以及美國陸軍/陸軍研究辦公室授予的W911NF-17-1-0388的政府支持下進(jìn)行的。政府在本發(fā)明中具有一定權(quán)利。
背景技術(shù)
首先在1979年提出的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)二極管從器件頂表面垂直發(fā)射相干光束，并提供與常規(guī)邊緣發(fā)射激光器相比的許多優(yōu)點(diǎn)，包括較低的閾值電流、圓形并低發(fā)散的輸出光束、單縱模發(fā)射、更長的壽命、以及更容易生產(chǎn)密集的二維陣列。商用VCSEL是在砷化鎵(GaAs)和磷銦(InP)襯底上制造的，這些襯底主要發(fā)射近紅外波長的光。基于氮化鎵(GaN)的半導(dǎo)體是在可見光和紫外光譜范圍內(nèi)工作的激光器的選擇，并且已經(jīng)致力于開發(fā)基于GaN的VCSEL。然而，工作波長在很大程度上局限于藍(lán)色光譜范圍。
雙介電分布式布拉格反射器(DBR)是常規(guī)VCSEL的主要組件。DBR由具有相對較大的折射率差異的材料的多個(gè)替代層組成，以提供非常高的反射率。具有幾乎晶格匹配層的DBR可以在基于GaAs和基于InP的系統(tǒng)中形成，但是對于基于GaN的系統(tǒng)而言仍然是關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。GaN與AlN之間(約2.5％)和GaN與InN之間(約11％)的大晶格失配，連同難以實(shí)現(xiàn)的有效p型導(dǎo)電，導(dǎo)致基于GaN的DBR具有高電阻率、大密度缺陷和位錯(cuò)以及相對低的反射率。另外，常規(guī)的c面GaN器件的強(qiáng)極化場的存在以及所產(chǎn)生的量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)，進(jìn)一步使輻射復(fù)合率降低，導(dǎo)致閾值變高和操作不穩(wěn)定。為了解決這些問題，已經(jīng)報(bào)道了通過利用AllnN/GaN DBR或雙介電DBR以及通過在m面GaN襯底上生長器件的基于GaN的藍(lán)色VCSEL。然而，所得到的器件在室溫下仍然表現(xiàn)出非常大的閾值電流密度(Jth大于每平方厘米十千安培)，其中工作波長仍然限于400-460納米(藍(lán)色光譜范圍)。
迄今為止，還不存在在人眼最敏感的綠色波長范圍內(nèi)工作的全外延表面發(fā)射激光二極管的演示。先前報(bào)道的室溫連續(xù)波(RTCW)表面發(fā)射綠色激光二極管依賴于DBR的使用和將晶圓鍵合到銅板以用于低熱阻。實(shí)現(xiàn)低電流閾值、高效率、全外延表面發(fā)射綠色激光二極管-將能夠?qū)崿F(xiàn)許多激發(fā)的應(yīng)用，包括諸如微型投影儀的投影顯示器、塑料光纖通信、無線通信、光學(xué)存儲、智能照明和生物傳感器。表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器已廣泛用于數(shù)據(jù)通信、感測、面部識別和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡中。
發(fā)明內(nèi)容
本文公開了不一定必須使用分布式布拉格反射器(DBR)的全外延電注入納米晶體表面發(fā)射激光器(NCSEL)。在實(shí)施例中，器件工作在綠色波長范圍的約520-560納米(nm)的范圍內(nèi)。例如，在523nm，器件表現(xiàn)出每平方厘米約0.4千安培(kA/cm2)的閾值電流密度Jth，其與先前報(bào)道的藍(lán)色激光二極管相比要低一個(gè)數(shù)量級以上。因此，低閾值表面發(fā)射激光二極管可在從紫外線到深可見光(約200-600nm)的波長下工作，并且器件性能不再受缺乏高質(zhì)量DBR、大晶格失配和襯底可用性的限制。本文中所公開的NCSEL可用以實(shí)現(xiàn)超小半導(dǎo)體激光器，所述超小半導(dǎo)體激光器可將顯示器的效率和分辨率改進(jìn)十倍到100倍。
在閱讀以下在各個(gè)附圖中示出的實(shí)施例的詳細(xì)說明之后，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的這些和其他目的和優(yōu)點(diǎn)。
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于密歇根大學(xué)董事會，未經(jīng)密歇根大學(xué)董事會許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/202080069836.0/2.html，轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
