GaN基垂直腔面发射激光器的研究进展

应磊莹，梅 洋，张保平

(厦门大学电子科学与技术学院，福建 厦门 361005)

垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种出光方向垂直于晶圆表面的半导体激光器.与传统的侧面出光的边发射激光器(EEL)相比，VCSEL有更短的谐振腔与更小的器件尺寸，因此其阈值电流低，能实现单纵模工作以及高速调制.同时，VCSEL的激光光束具有极好的圆形对称特性，能与光纤进行高效耦合.垂直腔面发射出光的器件结构使其可以被制备成高密度的二维器件阵列，实现更高的输出功率[1].

VCSEL早期研究主要集中在红光与近红外波段.1977年东京大学的Iga首次提出VCSEL的构想[2]，此后在1979年与1987年，他所在研究组在77 K温度下分别实现了首支GaInAsP/InP与GaAs/AlGaAs的电注入脉冲激射VCSEL[3-4]，并于1989 年实现了GaAs/AlGaAs VCSEL的室温连续激射[5].在这之后GaAs基VCSEL便开始迅速发展，在1997年实现了最早的商业化应用.目前近红外波段的GaAs基VCSEL已经在高速以太网、短距离光通信、数据中心以及超级计算机中的光互联、光纤局域网等应用领域中占据了绝大部分市场.2018年，Apple公司iPhone X(https:∥www.apple.com.cn)所搭载的基于VCSEL阵列的三维面部识别传感器则为VCSEL开辟了一个新的广阔应用领域，深度传感也被业界认为是VCSEL技术从工业界转向消费领域的一个重大突破.此外VCSEL也在医疗、红外照明、激光雷达、原子钟等方面有着广泛的应用.

与GaAs基VCSEL的迅速发展并且成功实现商业化应用相比，GaN基VCSEL前期的发展较为缓慢，这与GaN材料本身的特性直接相关.GaN是一种第三代半导体材料，具有宽禁带、直接带隙、高发光效率、高振子……