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苏州纳米所在硅衬底InGaN基半导体激光器方面取得重要进展

来源:leyu乐鱼体育   发布时间:2022-01-03 19:44nbsp;  点击量:

本文摘要:硅是半导体行业最少见的材料,基于硅材料的电子芯片被普遍应用于日常生活的各种设备中,从智能手机、电脑到汽车、飞机、卫星等。随着技术的发展,研究者找到通过传统的电气网络来展开芯片与系统之间的通信早已无法符合电子器件之间更慢的通信速度以及更加简单系统的拒绝。 为解决问题这一问题,光被指出是一种十分有潜力的超高速传输媒介,可用作硅基芯片以及系统间的数据通信。但是,硅作为间接带上隙材料,闪烁效率极低,无法必要作为闪烁材料。

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硅是半导体行业最少见的材料,基于硅材料的电子芯片被普遍应用于日常生活的各种设备中,从智能手机、电脑到汽车、飞机、卫星等。随着技术的发展,研究者找到通过传统的电气网络来展开芯片与系统之间的通信早已无法符合电子器件之间更慢的通信速度以及更加简单系统的拒绝。

为解决问题这一问题,光被指出是一种十分有潜力的超高速传输媒介,可用作硅基芯片以及系统间的数据通信。但是,硅作为间接带上隙材料,闪烁效率极低,无法必要作为闪烁材料。研究人员明确提出利用具备低闪烁效率的III-V族材料作为闪烁材料,生长或者键通在硅衬底上,从而构建硅基光电构建。

III族氮化物材料是一种必要带上隙材料,具备禁带宽度长、化学稳定性强劲、穿透电场低以及热导率高等优点,在高效闪烁器件以及功率电子器件等领域具有普遍的应用于前景,近年来已沦为众多研究热点。将InGaN基激光器必要生长在硅衬底材料上,为GaN基光电子器件与硅基光电子器件的有机构建获取了有可能。

另一方面,自1996年问世以来,InGaN基激光器在二十多年里获得了较慢的发展,其应用于范围遍布信息存储、灯光、激光表明、红外线通信、海底通信以及生物医疗等领域。目前完全所有的InGaN基激光器皆是利用便宜的自承托GaN衬底展开制取,容许了其应用于范围。硅衬底具备成本低、热导率低以及晶圆尺寸大等优点,如果需要在硅衬底上制取InGaN基激光器,将有效地减少其生产成本,从而更进一步推展其应用于。

  由于GaN材料与硅衬底之间不存在着极大的晶格常数失配和热膨胀系数失配,必要在硅衬底上生长GaN材料不会造成GaN薄膜晶格密度低并且更容易产生裂纹,因此硅衬底InGaN基激光器无法制取。该研究方向是目前国际上的研究热点,但是到目前为止,仅有文章报导了在光泵浦条件下硅衬底上InGaN库斯科量子阱闪烁结构的激射。

  针对这一关键科学技术问题,中科院苏州纳米所杨辉研究员领导的III族氮化物半导体材料与器件研究团队,使用AlN/AlGaN缓冲器层结构,有效地减少晶格密度的同时,顺利诱导了因硅与GaN材料之间热膨胀系数失配而经常引发的裂纹,在硅衬底上顺利生长了厚度超过6m左右的InGaN基激光器结构,晶格密度大于6108cm-2,并通过器件工艺,顺利构建了世界上首个室温倒数电流经条件下激射的硅衬底InGaN基激光器,激射波长为413nm,阈值电流密度为4.7kA/cm2。  该项目获得中国科学院前沿科学与教育局、中国科学院先导专项、国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、中科院苏州纳米所自有资金的资助,并且感激中科院苏州纳米所加工平台、测试平台以及Nano-X在技术上的反对。涉及研究成果于8月15日在线刊出在国际学术期刊《大自然光子学》(NaturePhotonics)杂志上(2016年近期影响因子31.167)。


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