蘇州納米所在硅襯底InGaN基半導體激光器方面取得重要進(jìn)展

　　硅是半導體行業(yè)最常見(jiàn)的材料，基于硅材料的電子芯片被廣泛應用于日常生活的各種設備中，從智能手機、電腦到汽車(chē)、飛機、衛星等。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，研究者發(fā)現通過(guò)傳統的電氣互聯(lián)來(lái)進(jìn)行芯片與系統之間的通信已經(jīng)難以滿(mǎn)足電子器件之間更快的通信速度以及更復雜系統的要求。為解決這一問(wèn)題，“光”被認為是一種非常有潛力的超高速傳輸媒介，可用于硅基芯片以及系統間的數據通信。但是，硅作為間接帶隙材料，發(fā)光效率極低，難以直接作為發(fā)光材料。研究人員提出利用具有高發(fā)光效率的III-V族材料作為發(fā)光材料，生長(cháng)或者鍵合在硅襯底上，從而實(shí)現硅基光電集成。III族氮化物材料是一種直接帶隙材料，具有禁帶寬度寬、化學(xué)穩定性強、擊穿電場(chǎng)高以及熱導率高等優(yōu)點(diǎn)，在高效發(fā)光器件以及功率電子器件等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景，近年來(lái)已成為一大研究熱點(diǎn)。將InGaN基激光器直接生長(cháng)在硅襯底材料上，為GaN基光電子器件與硅基光電子器件的有機集成提供了可能。另一方面，自1996年問(wèn)世以來(lái)，InGaN基激光器在二十多年里得到了快速的發(fā)展，其應用范圍遍及信息存儲、照明、激光顯示、可見(jiàn)光通信、海底通信以及生物醫療等領(lǐng)域。目前幾乎所有的InGaN基激光器均是利用昂貴的自支撐GaN襯底進(jìn)行制備，限制了其應用范圍。硅襯底具有成本低、熱導率高以及晶圓尺寸大等優(yōu)點(diǎn)，如果能夠在硅襯底上制備InGaN基激光器，將有效降低其生產(chǎn)成本，從而進(jìn)一步推廣其應用。

　　由于GaN材料與硅襯底之間存在著(zhù)巨大的晶格常數失配和熱膨脹系數失配，直接在硅襯底上生長(cháng)GaN材料會(huì )導致GaN薄膜位錯密度高并且容易產(chǎn)生裂紋，因此硅襯底InGaN基激光器難以制備。該研究方向是目前國際上的研究熱點(diǎn)，但是到目前為止，僅有文章報道了在光泵浦條件下硅襯底上InGaN基多量子阱發(fā)光結構的激射。

　　針對這一關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，中科院蘇州納米所楊輝研究員領(lǐng)導的III族氮化物半導體材料與器件研究團隊，采用AlN/AlGaN緩沖層結構，有效降低位錯密度的同時(shí)，成功抑制了因硅與GaN材料之間熱膨脹系數失配而常常引起的裂紋，在硅襯底上成功生長(cháng)了厚度達到6 μm左右的InGaN基激光器結構，位錯密度小于6×108 cm-2，并通過(guò)器件工藝，成功實(shí)現了世界上首個(gè)室溫連續電注入條件下激射的硅襯底InGaN基激光器，激射波長(cháng)為413 nm，閾值電流密度為4.7 kA/cm2。