Pesquisadores da Universidade Meijo e da Universidade de Nagoya, no Japão, demonstraram um projeto de lasers emissores de superfície de cavidade vertical (VCSELs) com base em GaN que fornece boa condutividade elétrica e é facilmente cultivado. Os resultados são relatados no Applied Physics Express.

Esta pesquisa é destaque na edição de novembro de 2016 do online Boletim JSAP .

"Espera-se que os lasers de emissão de superfície de cavidade vertical baseados em GaN (VCSELs) sejam adotados em várias aplicações, como telas de varredura de retina, faróis adaptativos, e sistemas de comunicação de luz visível de alta velocidade, "explica Tetsuya Takeuchi e colegas da Universidade Meijo e da Universidade de Nagoya, no Japão, em seu último relatório. No entanto, até aqui, as estruturas projetadas para a comercialização desses dispositivos têm propriedades de condução pobres, e as abordagens existentes para melhorar a condutividade introduzem complexidades de fabricação enquanto o desempenho é inibido. Um relatório de Takeuchi e colegas demonstrou agora um design que oferece boa condução e é facilmente desenvolvido.

Os VCSELs geralmente usam estruturas chamadas refletores de Bragg distribuídos para fornecer a refletividade necessária para uma cavidade eficaz que permite a perda do dispositivo. Esses refletores são camadas alternadas de materiais com diferentes índices de refração, o que resulta em uma refletividade muito alta. Contatos intracavitários podem ajudar a melhorar a baixa condutividade de GaN VCSELs, mas estes aumentam o tamanho da cavidade levando a um confinamento óptico pobre, processos de fabricação complexos, densidades de corrente de alto limiar e uma baixa eficiência de energia de saída versus entrada (ou seja, a eficiência de declive).

A baixa condutividade em estruturas DBR é o resultado de cargas de polarização entre as camadas de diferentes materiais - AlInN e GaN. Para superar os efeitos das cargas de polarização, Takeuchi e seus colegas usaram nitretos dopados com silício e introduziram "dopagem de modulação" nas camadas da estrutura. As concentrações aumentadas de dopante de silício nas interfaces ajudam a neutralizar os efeitos de polarização.

Pesquisadores da Meijo e da Universidade de Nagoya também desenvolveram um método para acelerar a taxa de crescimento do AlInN para mais de 0,5 μm / h. O resultado é um VCSEL baseado em GaN de cavidade de 1,5λ com um refletor de Bragg distribuído de AlInN / GaN de condução tipo n que tem um pico de refletividade de mais de 99,9%, corrente de limiar de 2,6 mA, correspondendo a uma densidade de corrente limite de 5,2 kA / cm2, e uma tensão de operação era 4,7V.