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技术 | Technology – 光电子

534nm 发光有 34％的铟含量，对于 630nm 发光
有 51％的铟含量。
这些发光器件的特征包括没有反射，散射和
分布反馈，因为与发光相关的波长远大于纳米线
的直径（聚对二甲苯聚合物包裹纳米线，产生折
射率为 2.1 的复合介质结构）。由于阵列的随机性，
也避免了与光子晶体相关的特性。
这些激光器的典型输出功率为 10-15mW。阈
值电流密度对温度变化（T>200K）相当不敏感，
-2
并且具有约 1kA cm 的典型值。电调制表明调制
带宽达到 3GHz，而这并没有对纳米线异质结构
就行任何的特殊设计。

实现近红外
为了推动我们的激光器从可见光到近红外线
发光，我们还必须提高 InGaN 盘中的铟含量。通
过仔细优化 MBE 参数，金属束流和生长温度后，
我们在 GaN 纳米线中加入了多个 In 0.85 Ga 0.15 N 盘。
令人鼓舞的是，这些结构在室温下产生了所需波
长的强的光致发光。我们非常感谢密歇根大学的
Millunchick 研究小组提供的帮助，他们通过透射
电子显微镜进行了详细的成像分析，提供了对我 阈值电流的高温度稳定性（T 0 >200K）；高的差分 图3.（001）硅上的1.3μm
纳米线中圆盘阵列二极
们纳米线质量的深入了解。 增益 ；以及良好的模态特征。 管激光器。（a）具有InN
盘的纳米线异质结构；
我们在我们大学的 Lurie 纳米加工平台上制 在我们寻求实现硅基光子最佳的 1.3 微米激 （b）输出光电流特性；
（c）通过有限差分时域
造了这些异质结构纳米线晶圆的激光器。器件的 光发射种，我们仅有的可用选择是尝试在 GaN 纳
技术计算的模式传播和
制造包括一系列工艺步骤，有光刻，刻蚀，金属 米线中加入二元 InN 盘，从而进一步红移发光。 限制。
沉积，平面化和聚对二甲苯聚合物保护。制造并 这是比沿量子线形成更厚 InN 区域好得多的方法，
不容易，因为切割纳米线阵列 / 聚对二甲苯复合 因为圆盘会提供量子限制，并且倾向于具有较低
材料会导致粗糙激光腔面，会将反射率降低到可 的位错密度。
能无法实现必要的腔面反馈的程度。为了克服这 InN 盘的外延生长远非易事。确定最佳生长
个问题，我们使用聚焦离子束刻蚀来使得腔面平 温度至关重要，而这还是一个未知的参数。我们
滑。通过添加多对 ZnSe 和 MgF 2 周期可以进一 同时是受到了铟的低粘附系数限制。如果我们选
步增强腔面反射率，这些会一起形成分布式布拉 择太高的衬底温度，这将增强铟的解吸附 ；如果
格反射镜。这样可以使得反射率提高到约 90％， 我们选择的温度值太低，异质结构会受到结晶质
并最终制造出发射峰值为 1.2μm 且室温输出约为 量太差和缺陷的困扰。经过一些优化后，我们选
7mW 的激光器。这些首创的近红外 III 族氮化物 择了 489℃的衬底温度。
基二极管激光器对硅是透明的，因此可以在硅上 我们很高兴地发现我们的 InN/GaN 纳米线
实现低损耗的单片光子电路。 中圆盘阵列可以产生强的光致发光和高的辐射效
这些器件中存在大的偏振电场，可以通过低 率。在聚对二甲苯钝化之前或之后，后者都达到
于阈值时的电致发光峰值和高于阈值时的相干激 67％，超过所有组分三元合金 InGaN 盘的值。光
光峰值之间的蓝移来揭示。尽管如此，这些电场 致发光在 1.6μm 时达到峰值，这是一个非常令人
也远小于平面量子阱中的电场。 鼓舞的结果。
这种激光器其他令人鼓舞的特性包括 ：有源 为了改善我们的边发射光源性能，我们调整
圆盘中没有任何明显的材料偏析 ；低的阈值电流 ； 了设计，引入了具有不同组分 InGaN 的渐变折射

www.compoundsemiconductorchina.net 化合物半导体 2018年第4期 29