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波導|華林科納----濕法蝕刻制造的GaN基藍色超輻射LED

波導光纖

波導|華林科納----濕法蝕刻制造的GaN基藍色超輻射LED

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超發光二極管(SLDs)既具有激光二極管(LDs)的高定向輸出功率 ， 又具有發光二極管(LED)的相對較寬的光譜發射和較低的相干性 。 sld利用沿著波導的受激發射來放大自發發射 ， 但抑制其在各個方面的反饋 ， 并防止凈往返增益 ， 否則將導致激光 。 如果沒有激光 ， 就沒有模態選擇或高度相干的發射 。 LDs和led之間的中間特性使sld非常適合于各種應用 。 微微投影儀利用高功率定向發射 ， 而相對寬的光譜寬度降低了與LDs相關的眼睛損傷風險 ， 低相干性降低了相干噪聲或“散斑” 。 SLD具有高光纖耦合 ， 允許在光纖耦合照明和光纖陀螺儀中的應用 。 這些裝置也可用于光學相干斷層掃描和視網膜掃描顯示器 。
隨著低擴展缺陷密度獨立氮化鎵基底的出現 ， 在半極性和非極性晶體平面上生長的量子阱(QW)結構由于可以抑制或消除QCSE而引起了人們的關注 。 不平衡的雙軸平面內應變導致重孔和光孔價帶的分裂 ， 導致理論上預測沿非極平面和半極平面相對于c平面有更高的增益 。 非極性m平面LDs已經在紫色、藍色、和藍綠色的光譜區域得到了證實 。 m平面QWs中QCSE的缺失隨著驅動電流的增加而減少了藍移 ， 并允許更厚的QWs ， 這增加了光學限制 ， 而不損失輻射重組效率 。
在圖1中 ， 示出了氫氧化鉀處理后c面和c面的掃描電子顯微照片 。 僅在c面上觀察到六邊形金字塔的形成 。 六角錐直徑范圍從0.3到n型GaN上為1.6 m ， p型GaN上為100至150 nm 。 刻面的粗糙度會散射入射光 ， 顯著降低刻面的反射率并增加鏡面損耗 。 c刻面上沒有明顯的蝕刻 。




圖1 顯示氫氧化鉀處理前類似裝置的碳面的激光衍射和掃描電鏡圖像示意圖
光譜數據和L–I特性分別顯示在圖2和圖3中 。 所有電測量都在脈沖操作下進行 ， 脈沖寬度為1秒 ， 頻率為5千赫 ， 占空比為0.5% 。 對于圖2(a)所示的氫氧化鉀處理前的發射光譜 ， 在低至190毫安(9.05千安/平方厘米)的注入電流下觀察到激光峰值 ， 峰值波長為436.8納米 ， 半峰全寬(FWHM)為0.3納米 。 圖2(b)中的SLD光譜通過315 mA沒有觀察到受激發射峰 ， 但是由于受激發射的存在 ， 光譜寬度變窄到9 nm ， 盡管SLD的FWHM仍然比LD大一個數量級 。 單反二極管在315毫安時的峰值波長為439納米 。




圖2 (a)氫氧化鉀處理前4m脊LD的光譜和(b)氫氧化鉀處理后相同裝置的光譜


圖3 氫氧化鉀處理前后激光二極管的伏安特性 。 虛線是激光二極管數據的眼睛指南 ， 實線是激光二極管數據的指數擬合
在圖3中 ， 顯示了SLD的L–I特性 。 從c面測量的單反的功率輸出達到大約5 mW 。 在氫氧化鉀處理之前 ， 左旋碘曲線有一個非常尖銳的激光閾值 。
在圖4中 ， 示出了在c面和垂直于波導的器件下方的平面內放置光纖測量積分強度的L-I曲線 。 前者測量由波導中的放大引起的自發輻射和受激輻射 ， 而后者僅測量通過襯底傳輸的自發輻射 。 根據沿波導受激輻射引起的平面內和器件下方測量的積分強度的發散 ， 可以在大約100毫安(4.76千安/平方厘米)時估計出超發光的開始 。 面內發射可以很好地擬合為R2為0.995的指數曲線 ， 而通過襯底的發射可以用線性函數擬合 。 兩種擬合都是針對超發光開始時間以上的數據進行的 。

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