来自台湾和瑞典的研究人员首次展示了将高折射率光栅（HCG）作为顶镜的III型氮化物（III-N）垂直腔面发射激光器（VCSEL）二极管。研究小组表示这一发展将大幅降低金属层厚度，极化钉扎以及通过光栅参数设置共振波长。

　　先制造VCSEL，再处理与硅基板的热压倒装芯片键合，激光剥离去除了蓝宝石衬底，并且还使用化学机械抛光（CMP）去除了其他GaN材料，从而形成了厚度为5μm的n-GaN表面。HCG光栅是通过溅射TiO2和SiO2，并随后进行剥离图案来制造。蚀刻使用电感耦合的等离子体反应离子。光栅由间距为344.5nm的TiO2条组成。条带高度和基极宽度分别为112.3nm和177.8nm。该器件通过电隔离以及n和p接触金属的沉积完成。

　　VCSEL在脉冲模式下以0.1μs的宽度和0.3％的占空比进行了测试。激射阈值为25mA，相当于31.8kA / cm2密度。开启电压为6.9V。

　　研究人员报告：与我们先前报道的带有两个电介质DBR的VCSEL相比，HCG VCSEL（其中一个DBR被HCG代替）具有更高的阈值电流密度，更低的光输出~率和更高的开启电压。该团队解释说，与之前仅采用DBR的VCSEL（?940nm）相比，最终器件中较厚的n-GaN层（?5μm）使HCG的性能更差。因为CMP后可能会残留一些无意掺杂的GaN，增加电阻。较厚的n-GaN还会吸收更多的光子，从而增加了阈值电流并降低了光输出~率。

　　激光输出为强偏振横电场，平行于阈值以上的光栅条。最高峰在404.2nm。根据多模峰之间的间距（约4.2nm），研究人员估计有效腔长度为5.1μm。随着电流通过阈值，模式的线宽从2.5nm减小到0.5nm。

原文题目：High-index-contrast gratings for III-nitride vertical-cavity surface-emitting laser diodes

原文来源：http://www.semiconductor-today.com/news_items/2020/may/acs-010520.shtml