該項(xiàng)研究成果論文：《Design and Fabrication of High Power InGaN Blue Laser Diode over 8 W》已被國際知名SCI期刊Optics and Laser Technology收錄，論文編號(hào)： JOLT-20-00675R3。

論文原文及作者（點(diǎn)擊圖片可查看原文）

 

據(jù)了解，自從上實(shí)際九十年代末日亞制造出氮化物藍(lán)光激光器后，各國科學(xué)家和工程師投入了大量的人力物力，以期GaN基藍(lán)光激光器光功率密度趕上GaAs基紅光激光器。由于氮化物半導(dǎo)體禁帶寬度寬、缺陷控制難等特點(diǎn)，制約了載流子（尤其是空穴）濃度的提高，大功率激光器所需要的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件；氮化物半導(dǎo)體中極化電場(chǎng)強(qiáng)，量子阱有源層中的量子限制斯塔克效應(yīng)（QCSE）隨著注入電流密度而變化，不同阱發(fā)射的光波長(zhǎng)差異大，限制了電激射增益的提高；大功率藍(lán)光激光器發(fā)射的光子能量高，傳統(tǒng)光學(xué)諧振腔的分布式布拉格反射器材料結(jié)構(gòu)在高功率密度藍(lán)光照射下容易變質(zhì)。

 

因此，大功率InGaN藍(lán)光激光器的研發(fā)進(jìn)展緩慢。目前有關(guān)于藍(lán)色激光器的報(bào)道都僅為3A電流下4~5W光功率輸出，大功率InGaN藍(lán)光激光器的研發(fā)進(jìn)展遠(yuǎn)落后于人們的需求。Nichia和Osram等公司雖然也實(shí)現(xiàn)了大功率InGaN藍(lán)光激光器，相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵工藝制作仍然處于保密狀態(tài)。我國相關(guān)的企業(yè)開發(fā)了激光顯示產(chǎn)品，然而關(guān)鍵的器件大功率藍(lán)光激光器等仍然受限于國外產(chǎn)品。

 

記者從研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人了解到，該研究針對(duì)大功率藍(lán)光激光器的關(guān)鍵科學(xué)問題和技術(shù)難點(diǎn)，開展了系統(tǒng)的研發(fā)，取得了多方面的技術(shù)成果。一是通過模擬分析不同量子阱結(jié)構(gòu)有源層中電子與空穴分布、遷移率、輻射復(fù)合等特性，掌握量子阱結(jié)構(gòu)與載流子注入、輻射效率的內(nèi)在關(guān)系，提出了有源層中電子與空穴匹配是實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件的關(guān)鍵思路。設(shè)計(jì)了非對(duì)稱量子阱結(jié)構(gòu)，補(bǔ)償極化場(chǎng)和注入電流密度差異的輻射復(fù)合波長(zhǎng)效應(yīng)；通過優(yōu)化量子阱數(shù)量，設(shè)計(jì)了同時(shí)匹配注入電子與空穴的雙量子阱有源層，即避免單量子阱注入電子與空穴冗余不足問題，又減少大電流注入時(shí)的載流子溢出。

 

二是采用分選生長(zhǎng)單體的單分子層生長(zhǎng)的MOVPE技術(shù)，在GaN單晶襯底上外延藍(lán)光激光器結(jié)構(gòu)，尤其是Mg摻雜p型結(jié)構(gòu)層和量子結(jié)構(gòu)有源層。即降低了位錯(cuò)等缺陷的密度，又精確控制了非對(duì)稱量子阱結(jié)構(gòu)，提高了空穴注入效率和兩量子阱中載流子復(fù)合輻射波長(zhǎng)的一致性。

 

三是針對(duì)藍(lán)光高、低折射率材料，篩選并優(yōu)化了Al2O3作為與GaN更匹配的首層腔面材料，并與Ta2O5共同構(gòu)建分布式布拉格反射器。發(fā)展了近原子層沉積的電子回旋共振技術(shù)，制備出的分布式布拉格反射器中Al2O3和Ta2O5高結(jié)晶質(zhì)量，界面陡峭，將諧振腔抗光學(xué)災(zāi)變損傷閾值提高至接近26.8 MW/cm2?；谏鲜鲅邪l(fā)，制作出輸出光功率高達(dá)8.04 W、波長(zhǎng)為444.9 nm的藍(lán)光激光器，達(dá)國際同類技術(shù)的領(lǐng)先水平。

上述項(xiàng)目負(fù)責(zé)人表示：“此次廈門大學(xué)聯(lián)合三安光電技術(shù)攻關(guān)取得的突破，標(biāo)志著我國大功率InGaN藍(lán)光激光管即將擺脫對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴；同時(shí)，確認(rèn)了研究思路和技術(shù)路線的可行性；為業(yè)界提供了具體的制備工藝。”

 

研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人還向記者透露：“接下來將開展藍(lán)光InGaN激光器可靠性研究，盡快落地形成產(chǎn)品，以便實(shí)際使用于激光投影等；同時(shí)也搭配結(jié)合熒光陶瓷的使用，研究白光激光的效果，后續(xù)用于激光照明等。進(jìn)一步將把相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用于大功率綠光激光器，全面擺脫對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴。”