化合物半导体大事记之2009年：走向绿色

哪个更容易？使用一个高效的蓝色LED作为起点，建立一个在相同光谱范围内发射的激光器；还是从一个发射蓝紫色的激光器开始，再构造一个绿色发射的变种？你可能会认为是后者。毕竟，要从LED变成激光器，你需要引入光学限制，创建反射镜，提高局域载流子浓度，并大幅降低有源区的缺陷密度。相比之下，要将蓝紫色激光器变成绿色激光器，你只需在量子阱中再加一点铟即可。

 

但是如果你看一下历史书，你会得出一个非常不同的结论。多亏了中村修二的开创性工作，Nichia在1993年报告了第一个高效的蓝色LED，并只用了两年时间就开发出了激光。但又过了近15年，世界才制造出第一台绿色GaN激光器。

 

迈向这个光源的第一个重要步骤是在2003年，日亚报告了一种480纳米的激光，该激光仍然是蓝色的，但倾向于绿色。五年过去了，它仅仅又前进了8纳米。这个激光器是不是碰到了一堵看不见的墙，蓝绿色是它的极限了？

 

任何能够获得真正绿色激光(被认为是520纳米以上)的机会似乎都有赖于彻底的重新设计。要达到更长的波长，需要提高铟含量，这可以通过降低MOCVD腔内的生长温度来实现。但这会提高该器件的缺陷密度，从而降低了其发光性能。使问题更加复杂的是，这些异质结构中的本征电场将阱中的电子和空穴分开，随着铟含量的增加，它们这种本征电场会变得更强。一方面，虽然这些领域是有益的，可以将激发光推向更长的波长，但另一方面，它们也会使向器件中注入载流子变得更加困难。调高电压会迫使载流子注入，但同时又会抵消内场带来的好处，所以传统的结构只能与更长的波长说再见了！

 

解决这一问题的一个新方法是切换增溢平面。在非极性平面上生长该器件可以消除电场。2007年初，加州大学圣巴巴拉分校(University of California，Santa Barbara)的一个团队，包括中村(Nakamura)（他于1999年末从日亚加入这个团队）就做到了这一点。他们揭开了世界上第一台非极性激光器的面纱，该激光器以脉冲模式发射，激光的波长为404纳米。

 

领路的快乐并没有持续太久。就在三天后，罗姆报告了一种非极性激光器，这一次是在连续波模式下工作。当Rohm达到这一里程碑时，它也提出了自己真正的雄心：制造一种用于彩色显示器的532 nm激光器。在这一年结束之前，它已经将发射波长延长到了459纳米。尽管2008年夏普以463 nm非极性激光器进入竞争时，罗姆失去了领先地位，但它又凭借481 nm的激光器重新夺回了自己的领先地位。

 

2009年被证明是关键的一年。这年2月，罗姆透露了更多的新进展，激光器波长达到了499.8纳米，使传统氮化物激光器的最佳纪录黯然失色。到那时，非极性激光器将是第一台GaN基绿色激光器在竞争中最受博彩公司欢迎的激光器。但9天后，当一台传统激光器占据主导地位时，任何想要做到这一点的人都受到了巨大的震惊。这并非出自日亚的实验室，而是来自一匹黑马—德国雷根斯堡的欧司朗光电半导体公司(Osram Opto Semiconductor)，该公司在许多方面上都取得了不错的进展，并达到了500nm的波长。然后，在春天，日亚又一次用传统的激光夺回了记录。它首先报道了在510 nm处的成功，然后又透露了其已经制造了515 nm的激光器。它是怎么做到的？这很难说--该公司只会说，它已经改善了有源区的质量。

 

第一台真正的绿光激光器于2009年夏季问世。夺冠的是GaN衬底专家住友电工（Sumitomo），其于7月16日公布了发射531 nm波长的器件。成功来自于半途而废的半极性面。这种取向的晶面消除了内部电场，同时为生长富铟的InGaN层提供了良好的基础。

 

随后在非极性、半极性和常规平面上进行了进一步的工作。去年夏天，索尼公司报道了一种输出功率高达1.75瓦的525纳米半极性激光器。在今年的Photonics West大会上，日亚透露，它可以做得更好，能制造出一种发射功率高达近2瓦的传统525纳米激光器。这样令人印象深刻的结果有助于推动绿色氮化镓激光器的销售。