最新成果展示：AlInN/GaN DBR模型数据库的开发与应用

由于AlN和GaN之间存在较大的晶格失配和热膨胀失配，导致很难获得高质量的AlN/GaN布拉格反射镜（Distributed Bragg Reflection，DBR）结构。为解决该问题，天津赛米卡尔科技有限公司技术团队基于先进的TCAD仿真设计平台开发出了晶格匹配的AlInN/GaN DBR模型数据库，并系统地研究了晶格匹配的AlInN/GaN底部DBR结构对GaN基垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL）电学和热学特性的影响。

如图1所示，研究结果发现：采用AlInN/GaN底部DBR（VCSEL B2）能够有效地减小GaN基VCSEL有源区中的极化电场强度并同时降低量子垒与量子阱中能带倾斜程度，从而增加电子-空穴波函数的重叠率，提高器件的输出功率。

图1.沿[0001]方向，VCSEL A和VCSEL B2在（a）平衡态下的电场分布（b）20 mA注入电流下的电场分布；VCSEL A和VCSEL B2在20 mA注入电流下的（c）导带分布和（d）价带分布；ΔEW表示量子阱的能带倾斜程度；ΔEB表示量子垒的能带倾斜程度；ΔΦ表示量子垒的势垒高度

此外，AlInN/GaN底部DBR结构也会对VCSEL器件的散热性能产生影响。如图2（a）和2（b）中展示的热量分布，AlInN的低热导率会导致VCSEL B2具有更高的热阻，最终使得器件的热衰退提前，结温也明显增加[见图2（c）和2（d）]。虽然AlInN/GaN底部DBR的设计在一定程度上牺牲了器件的热学特性，但最终提升了器件的光输出功率和3 dB带宽。

图2.（a）VCSEL A和（b）VCSEL B2的二维热分布；VCSEL A和VCSEL B2的（c）光输出功率、（d）结温和（e）3 dB带宽

该成果最近被应用物理及光学领域权威SCI期刊Applied Optics收录（vol.62, no. 13, pp. 3431-3438, 2023, DOI: 10.1364/AO.492487）


审核编辑：汤梓红