中科院團(tuán)隊(duì)研發(fā)鈣鈦礦半導(dǎo)體激光器 中國(guó)半導(dǎo)體激光行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測(cè)

• 2020年11月25日 HuangJiang來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 362 16
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半導(dǎo)體激光器應(yīng)用于生活的方方面面，用鈣鈦礦材料制作半導(dǎo)體激光器是最新的方法之一，但此前該類(lèi)激光器需在苛刻的低溫環(huán)境下才能持續(xù)工作。如何讓鈣鈦礦半導(dǎo)體激光器在室溫下輸出更穩(wěn)定，成為該研發(fā)領(lǐng)域的重要課題。

半導(dǎo)體激光器應(yīng)用于生活的方方面面，用鈣鈦礦材料制作半導(dǎo)體激光器是最新的方法之一，但此前該類(lèi)激光器需在苛刻的低溫環(huán)境下才能持續(xù)工作。如何讓鈣鈦礦半導(dǎo)體激光器在室溫下輸出更穩(wěn)定，成為該研發(fā)領(lǐng)域的重要課題。

針對(duì)這一重要課題，秦川江團(tuán)隊(duì)與日本九州大學(xué)安達(dá)千波矢團(tuán)隊(duì)開(kāi)展國(guó)際合作，歷時(shí)5年取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)采用特殊設(shè)計(jì)的鈣鈦礦材料，制作出高效半導(dǎo)體激光器。秦川江介紹，鈣鈦礦半導(dǎo)體激光器只能在低溫條件下(零下153攝氏度附近)穩(wěn)定工作，在室溫下工作數(shù)分鐘后，激光便會(huì)消失，主要源于鈣鈦礦中存在一種名為“三重態(tài)激子”的物質(zhì)。團(tuán)隊(duì)利用特殊材料設(shè)計(jì)將該物質(zhì)轉(zhuǎn)移出來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦半導(dǎo)體激光器在室溫下持續(xù)穩(wěn)定的輸出。

根據(jù)中研普華《2020-2025年中國(guó)半導(dǎo)體激光行業(yè)深度分析及發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》分析：該研究成果未來(lái)有望在光通信、光信息處理、光儲(chǔ)存、照明和顯示等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

研究員秦川江聯(lián)合日本科研人員，在制作新型半導(dǎo)體激光器的研發(fā)上取得進(jìn)展，為下一步半導(dǎo)體激光器更穩(wěn)定工作提供重要支撐。該成果于9月2日在《自然》期刊上發(fā)表。

新型氮化鎵半導(dǎo)體激光器

III族氮化物半導(dǎo)體是繼第一代Si、Ge元素半導(dǎo)體和第二代GaAs、InP化合物半導(dǎo)體之后的第三代半導(dǎo)體，通常又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體。其為直接帶隙材料，禁帶寬度在0.7 eV (InN)至6.2 eV (AlN)之間連續(xù)可調(diào)，發(fā)光波長(zhǎng)覆蓋了近紅外、可見(jiàn)光到深紫外等波段;其還具有發(fā)光效率高、熱導(dǎo)率大、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，可用于制作半導(dǎo)體激光器?；贗II族氮化物的半導(dǎo)體激光器在激光顯示、激光照明、激光通信、材料加工和激光醫(yī)療等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用(圖1)，因此得到了國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界知名企業(yè)和全球頂尖科研機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。

自1996年日本日亞公司研制了國(guó)際首支GaN基激光器以來(lái)，GaN基激光器性能得到了巨大提升，單顆芯片連續(xù)輸出功率已超過(guò)7瓦，然而其電光轉(zhuǎn)換效率仍然較低(<50%)，遠(yuǎn)小于GaAs基激光器的電光轉(zhuǎn)換效率(≈80%)。究其主要原因是GaN基激光器的串聯(lián)電阻較大、熱阻較高，導(dǎo)致工作電壓和工作結(jié)溫較高，最終嚴(yán)重影響了器件性能和可靠性。

針對(duì)上述問(wèn)題，中科院蘇州納米所孫錢(qián)團(tuán)隊(duì)從半導(dǎo)體摻雜和載流子輸運(yùn)理論出發(fā)，有效利用III族氮化物材料中施主激活效率比受主高、電子遷移率比空穴大的特點(diǎn)，提出了一種新型GaN基激光器結(jié)構(gòu)：翻轉(zhuǎn)脊形波導(dǎo)激光器(圖2)，該結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是將脊形波導(dǎo)從高電阻率的p側(cè)轉(zhuǎn)移到低電阻率的n側(cè)，可大幅降低器件的串聯(lián)電阻和熱阻，顯著降低工作電壓和結(jié)溫，從而有效提升器件性能和可靠性。另外，翻轉(zhuǎn)脊形波導(dǎo)激光器還可與硅基CMOS實(shí)現(xiàn)更好的兼容。相關(guān)結(jié)構(gòu)申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利并已授權(quán)(ZL 201710022586.5);還通過(guò)PCT(PCT/CN2017/116518)進(jìn)入了美國(guó)、日本、德國(guó)，其中美國(guó)專利已授權(quán)(US 10840419)。

想了解更詳實(shí)的中國(guó)半導(dǎo)體激光行業(yè)分析請(qǐng)點(diǎn)擊中研普華出版的《2020-2025年中國(guó)半導(dǎo)體激光行業(yè)深度分析及發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》

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  2020-2025年中國(guó)半導(dǎo)體激光行業(yè)深度分析及發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告

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