华林科纳----湿法蚀刻制造的GaN基蓝色超辐射LED

超发光二极管(SLDs)既具有激光二极管(LDs)的高定向输出功率，又具有发光二极管(LED)的相对较宽的光谱发射和较低的相干性。sld利用沿着波导的受激发射来放大自发发射，但抑制其在各个方面的反馈，并防止净往返增益，否则将导致激光。如果没有激光，就没有模态选择或高度相干的发射。LDs和led之间的中间特性使sld非常适合于各种应用。微微投影仪利用高功率定向发射，而相对宽的光谱宽度降低了与LDs相关的眼睛损伤风险，低相干性降低了相干噪声或“散斑”。SLD具有高光纤耦合，允许在光纤耦合照明和光纤陀螺仪中的应用。这些装置也可用于光学相干断层扫描和视网膜扫描显示器。

 

随着低扩展缺陷密度独立氮化镓基底的出现，在半极性和非极性晶体平面上生长的量子阱(QW)结构由于可以抑制或消除QCSE而引起了人们的关注。不平衡的双轴平面内应变导致重孔和光孔价带的分裂，导致理论上预测沿非极平面和半极平面相对于c平面有更高的增益。非极性m平面LDs已经在紫色、蓝色、和蓝绿色的光谱区域得到了证实。m平面QWs中QCSE的缺失随着驱动电流的增加而减少了蓝移，并允许更厚的QWs，这增加了光学限制，而不损失辐射重组效率。

 

在图1中，示出了氢氧化钾处理后c面和c面的扫描电子显微照片。仅在c面上观察到六边形金字塔的形成。六角锥直径范围从0.3到n型GaN上为1.6 m，p型GaN上为100至150 nm。刻面的粗糙度会散射入射光，显著降低刻面的反射率并增加镜面损耗。c刻面上没有明显的蚀刻。

 

图1 显示氢氧化钾处理前类似装置的碳面的激光衍射和扫描电镜图像示意图

 

光谱数据和L–I特性分别显示在图2和图3中。所有电测量都在脉冲操作下进行，脉冲宽度为1秒，频率为5千赫，占空比为0.5%。对于图2(a)所示的氢氧化钾处理前的发射光谱，在低至190毫安(9.05千安/平方厘米)的注入电流下观察到激光峰值，峰值波长为436.8纳米，半峰全宽(FWHM)为0.3纳米。图2(b)中的SLD光谱通过315 mA没有观察到受激发射峰，但是由于受激发射的存在，光谱宽度变窄到9 nm，尽管SLD的FWHM仍然比LD大一个数量级。单反二极管在315毫安时的峰值波长为439纳米。

 

 

图2 (a)氢氧化钾处理前4m脊LD的光谱和(b)氢氧化钾处理后相同装置的光谱

 

图3 氢氧化钾处理前后激光二极管的伏安特性。虚线是激光二极管数据的眼睛指南，实线是激光二极管数据的指数拟合

 

在图3中，显示了SLD的L–I特性。从c面测量的单反的功率输出达到大约5 mW。在氢氧化钾处理之前，左旋碘曲线有一个非常尖锐的激光阈值。

 

在图4中，示出了在c面和垂直于波导的器件下方的平面内放置光纤测量积分强度的L-I曲线。前者测量由波导中的放大引起的自发辐射和受激辐射，而后者仅测量通过衬底传输的自发辐射。根据沿波导受激辐射引起的平面内和器件下方测量的积分强度的发散，可以在大约100毫安(4.76千安/平方厘米)时估计出超发光的开始。面内发射可以很好地拟合为R2为0.995的指数曲线，而通过衬底的发射可以用线性函数拟合。两种拟合都是针对超发光开始时间以上的数据进行的。

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图4  (a)探测器设置示意图和(b)作为+c面和背面面内测量电流函数的光谱积分强度

 

总之，使用新颖的选择性化学蚀刻工艺制造的非极性m-平面蓝色SLD被证明是可行的。SLD制造只需要在标准m面LD制造工艺结束时添加一次额外的化学蚀刻。l–I特性显示强度作为电流的函数呈指数增长，输出功率达到5 mW，光谱宽度为9 nm，峰值波长为439 nm，在100毫安(4.76 kA/cm2)左右开始超发光。