由于AlN和GaN之間存在較大的晶格失配和熱膨脹失配，導致很難獲得高質量的AlN/GaN布拉格反射鏡（Distributed Bragg Reflection，DBR）結構。為解決該問題，天津賽米卡爾科技有限公司技術團隊基于先進的TCAD仿真設計平臺開發出了晶格匹配的AlInN/GaN DBR模型數據庫，并系統地研究了晶格匹配的AlInN/GaN底部DBR結構對GaN基垂直腔面發射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL）電學和熱學特性的影響。

如圖1所示，研究結果發現：采用AlInN/GaN底部DBR（VCSEL B2）能夠有效地減小GaN基VCSEL有源區中的極化電場強度并同時降低量子壘與量子阱中能帶傾斜程度，從而增加電子-空穴波函數的重疊率，提高器件的輸出功率。

圖1.沿[0001]方向，VCSEL A和VCSEL B2在（a）平衡態下的電場分布（b）20 mA注入電流下的電場分布；VCSEL A和VCSEL B2在20 mA注入電流下的（c）導帶分布和（d）價帶分布；ΔEW表示量子阱的能帶傾斜程度；ΔEB表示量子壘的能帶傾斜程度；ΔΦ表示量子壘的勢壘高度

此外，AlInN/GaN底部DBR結構也會對VCSEL器件的散熱性能產生影響。如圖2（a）和2（b）中展示的熱量分布，AlInN的低熱導率會導致VCSEL B2具有更高的熱阻，最終使得器件的熱衰退提前，結溫也明顯增加[見圖2（c）和2（d）]。雖然AlInN/GaN底部DBR的設計在一定程度上犧牲了器件的熱學特性，但最終提升了器件的光輸出功率和3 dB帶寬。

圖2.（a）VCSEL A和（b）VCSEL B2的二維熱分布；VCSEL A和VCSEL B2的（c）光輸出功率、（d）結溫和（e）3 dB帶寬

該成果最近被應用物理及光學領域權威SCI期刊Applied Optics收錄（vol.62, no. 13, pp. 3431-3438, 2023, DOI: 10.1364/AO.492487）


審核編輯：湯梓紅