最新研究結果顯示，m晶面氮化鎵材料制作的半導體激光器有潛力克服現有藍光二極管技術所面臨的挑戰(zhàn)。 Uxn_
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自1996年藍紫波段的氮化鎵半導體激光器首次成功運轉以來，十年間，人們已經在該領域取得了相當顯著的成績。外延生長技術的進步、低缺陷襯底材料和成熟的器件設計，已經使具有商業(yè)化價值的高性能激光器成為現實。這些產品已作為關鍵部件應用于下一代DVD播放系統(tǒng)中，比如藍光光盤和HD-DVD。此外，這些激光器也非常適合用于投影顯示、高精度印刷和光學傳感等領域。 D\ HmY_  
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然而，傳統(tǒng)的氮化鎵激光器雖然取得了巨大成功，卻受困于材料固有的限制，也就是外加電場的極化特性制約了激光器的光學效率。為了解決這一基礎性問題，加州大學圣巴巴拉分校的研究小組一直在探索采用無極性晶面制作氮化鎵激光二極管，從而避免極化電場的影響。無極性氮化鎵激光二極管作為一種備選結構已得到迅速改進，它正像人們所期望的那樣，正在替代基于極性c面的傳統(tǒng)結構。 s7tNAj bgD  
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傳統(tǒng)的氮化鎵激光二極管制作在纖鋅礦晶格的c平面上，因此存在異質結構自發(fā)的壓電極化效應。[1] 這些極化效應產生干擾InGaN量子阱的電場，使阱區(qū)能帶變?yōu)槿�角型，電子和空穴的波函數在空間上發(fā)生分離，導致輻射復合效率降低。對于電注入激光二極管而言，外部注入的載流子必須經過這些電場區(qū)域，并且在獲得有效增益前先要填平傾斜的能帶。這個過程相當于使激光器的閾值電流密度增大。 |t1D8){!  
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而且，c面結構通常要求采用小于4nm厚的薄層量子阱，以緩解與極化相關的效應，因為量子阱厚度較大時極化干擾非常強。這一要求給c面氮化鎵激光器帶來了光學設計上的難題。困難之一就是需要引入較厚的含鋁的波導覆蓋層，比如AlGaN/GaN超晶格，用于實現所需的橫向光場限制。然而，較厚的含鋁層通常加工起來很困難，會出現破裂、工作電壓更高、良品率更低、電抗穩(wěn)定性變差等問題。 zC(DigN  
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為了解決這些問題，科研人員一直在開發(fā)基于氮化鎵無極性面的器件結構。與c面激光二極管相比，無極性面激光二極管制作在纖鋅礦晶格的側面上，也就是常說的m面。這樣的器件不受極化電場的影響，而c面器件則深受極化電場的影響。m面氮化鎵上生長的InGaN量子阱的能帶不發(fā)生變形，其矩形結構比傳統(tǒng)的砷化鎵和磷化銦上的量子阱保持得更好。這些量子阱中不存在電子和空穴波函數分離的問題，而這在c面結構中是非常典型的。此外，由于沒有極化電場的影響，也就不需要有額外的載流子來保證有效的光學增益。實際上，理論分析預計這些結構將具有更高的光增益。[2] i{I'+%~R  
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不易實現低缺陷密度襯底已成為開發(fā)基于無極性氮化鎵的發(fā)光二極管（LED）和激光二極管的一大障礙。最初，研究人員嘗試在其他襯底材料上采用異質外延生長無極性氮化鎵。但是，這種薄膜材料具有高密度線位錯和錯層等材料缺陷，制約了器件的光學性能。幸好，日本Mitsubishi化學公司最近開發(fā)出了一種低缺陷密度自支撐的m面氮化鎵襯底。這種襯底采用c晶向的氫化物氣相外延（VPE）生長獲得，然后垂直切割獲得m面。m晶面的表面再采用化學機械表面處理方法進行加工。最終得到的襯底具有小于5×106cm-2的線位錯密度，由此使高效的無極性氮化鎵激光二極管得以制造成功。 -8HIsRh  
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