I ricercatori dell'Università di Meijo e dell'Università di Nagoya in Giappone hanno dimostrato un progetto di laser a emissione superficiale a cavità verticale (VCSEL) basati su GaN che fornisce una buona conduttività elettrica e si sviluppa facilmente. I risultati sono riportati in Applied Physics Express.

Questa ricerca è stata pubblicata nel numero di novembre 2016 dell'online Bollettino JSAP .

"I laser a emissione superficiale a cavità verticale (VCSEL) basati su GaN dovrebbero essere adottati in varie applicazioni, come display per la scansione della retina, fari adattivi, e sistemi di comunicazione a luce visibile ad alta velocità, " spiegano Tetsuya Takeuchi e colleghi della Meijo University e della Nagoya University in Giappone nel loro ultimo rapporto. Tuttavia, finora, le strutture destinate alla commercializzazione di questi dispositivi hanno scarse proprietà conduttive, e gli approcci esistenti per migliorare la conduttività introducono complessità di fabbricazione mentre le prestazioni sono inibite. Un rapporto di Takeuchi e colleghi ha ora dimostrato un design che fornisce una buona conduzione ed è facilmente coltivabile.

I VCSEL generalmente utilizzano strutture chiamate riflettori di Bragg distribuiti per fornire la riflettività necessaria per una cavità efficace che consente al dispositivo di laserare. Questi riflettori sono strati alternati di materiali con diversi indici di rifrazione, che si traducono in una riflettività molto elevata. I contatti intracavità possono aiutare a migliorare la scarsa conduttività dei GaN VCSEL, ma questi aumentano la dimensione della cavità portando a uno scarso confinamento ottico, processi di fabbricazione complessi, densità di corrente di soglia elevata e bassa efficienza di potenza in uscita rispetto a ingresso (cioè l'efficienza di pendenza).

La bassa conduttività nelle strutture DBR è il risultato delle cariche di polarizzazione tra gli strati di materiali diversi - AlInN e GaN. Per superare gli effetti delle cariche di polarizzazione, Takeuchi e colleghi hanno utilizzato nitruri drogati con silicio e hanno introdotto il "doping di modulazione" negli strati della struttura. Le maggiori concentrazioni di drogante di silicio alle interfacce aiutano a neutralizzare gli effetti di polarizzazione.

I ricercatori della Meijo e della Nagoya University hanno anche ideato un metodo per accelerare il tasso di crescita di AlInN a oltre 0,5 μm/h. Il risultato è un VCSEL basato su GaN con cavità 1,5λ con un riflettore Bragg distribuito AlInN/GaN di tipo n che ha una riflettività di picco di oltre il 99,9%, corrente di soglia di 2,6 mA, corrispondente ad una densità di corrente di soglia di 5,2 kA/cm2, e una tensione operativa era di 4,7 V.