将氮化镓VCSEL推向市场

由传统的GaN层与多孔等效物交替形成的反射镜将推动蓝色和绿色VCSEL的商业化。

 

作者：Richard Stevenson，《 》英文版杂志编辑

 

在过去的几年中，GaN VCSEL的发展突飞猛进，在使用寿命、效率和输出功率方面都有了很大的提升。由于所有这些巨大的进步，蓝色和绿色的VCSEL现在正站在商业化的边缘。

 

迈出下一步远非易事，但现在的机会比以往任何时候都好，这要归功于一家鲜为人知的初创公司的重大突破，这家初创公司远离行动中心。虽然大部分先行者来自日本的知名企业，如日亚、索尼和斯坦利电气，但GaN VCSEL商业化的推动者却是美国特拉华州威明顿市的Ganvix。

这个开拓者与其他同行的区别在于它形成VCSEL底部镜的方法。Ganvix 没有用氮化镓和三元氮化物的叠层制造分布式布拉格反射器（DBR）——这种配对生长缓慢，并且由于缺乏晶格匹配，会将光淬灭缺陷引入有源区域——而是将传统的GaN层与用电化学蚀刻法制作的多孔变体相结合。

该公司首席执行官John Fijol告诉《 》，这家初创公司计划在2023年初向其客户提供VCSEL样品，目标是5 mW或更高的输出功率。

“我们在消费电子、通信、工业设备、传感器等市场看到了许多新生机会，”Fijol说，“与砷化镓VCSEL已经取得成功的市场有很多重叠，但在这些市场的应用需要蓝色或绿色的波长 。”

将所有三种颜色的VCSEL结合在一起，形成一个用于微型投影仪和其他投影系统的光引擎，是这些激光器的另一个机会，它们因其小尺寸和颜色纯度而受到重视。

像它们的红外表亲一样，蓝色和绿色VCSEL也可以进行通信——但不是通过玻璃纤维传输，而是通过聚合物纤维或自由空间引导光线。

在未来一年左右的时间里，Ganvix 打算有选择地与客户合作，将重点放在最初的产品上。“我们绝不是处于隐身状态，但我们也没有达到想要进行广泛营销和寻找客户的地步。”Fijol说。

今天的 Ganvix VCSEL 的输出功率还低于日本的拳头产品，例如斯坦利电气的 22.2 mW 激光器。然而，Fijol并没有将这一差距视为需要弥补的差距，而是从这些更高的数字中得到了鼓励，它展示了什么是可能的。

目前，打破功率和效率记录并不是 Ganvix 的首要议程。“我们去年的重点更多地放在发展制造上，”Fijol说，并透露重点一直是通过开发稳健的设计、推进具有成本效益的加工和引入卓越的计量技术来改善生产。

由于所有这些方面的进展，Ganvix 拥有 Fijol 所描述的“非常可靠的构件工艺”。在生产DBR、有源区域和光腔方面都很熟练。

 

晶圆测量可用于评估VCSEL的质量

 

为了形成DBR，工程师开发了一个具有不同掺杂浓度层的GaN堆栈。在器件制造后进行的后续电化学蚀刻引入了形成反射镜的多孔结构。

“通过在加工过程中调整电流和电压设置，可以非常精确地控制纳米孔的密度和尺寸，”Fijol透露，“这使我们不仅能创造孔隙率，而且可以定制这些层的光学特性。”

Ganvix 将部分多孔氮化镓反射镜（通常比传统的氮化镓基反射镜需要更少的层对）与介电顶镜相结合。“我们可以[使用我们的多孔技术]制造出非常高质量的顶部DBR，但从工艺的角度来看，我们更容易使用电介质DBR。”

对于考虑是否采用 Ganvix VCSEL 的人来说，一个可能的担忧是污染进入多孔结构的威胁。“但由于有钝化作用，这种情况不会发生，”Fijol解释说，他指出这些结构本质上是稳定的。他说，Ganvix 设计的另一个优势是它消除了在有源区域附近发生较低电气和热连接的可能性。

 

Ganvix 与工研院合作

 

与台湾工业技术研究院 （ITRI） 合作，以加速技术开发并加快上市时间。Fijol解释说，Ganvix选择与ITRI合作的原因有很多。部分原因是台湾庞大而活跃的电子光学社区；另一个因素是工研院与 Ganvix 关键人物之间长期建立的关系。例如，Ganvix 的独立董事 Jacob Tarn 此前通过 ITRI 推出了Epistar；Ganvix创始人兼发明家 Jung Han 是 ITRI 技术顾问委员会成员。

 

（a）、（b）、（c）和（d）Ganvix VCSEL的结构包括一个纳米多孔底部DBR和一个介电顶部DBR。（e） DBR 的测量反射率曲线与模拟结果非常吻合

 

为了制造其VCSEL，Ganvix需要一条拥有生产多孔DBR和评估其质量工具的生产线。“但除此之外，我们一直在努力开发一种与标准氮化镓工艺兼容的工艺。”Fisol说。

这种方法应该有助于这家美国初创企业从建立初始产品扩展到建立广泛的产品组合，从而为目录型业务铺平道路。

Ganvix 的另一个可能目标是将基于红色、绿色和蓝色 VCSEL 的光引擎推向市场。“我们正在努力与现有的红色器件制造商建立合作伙伴关系，这将使我们能够为客户提供完整的解决方案。”

有了批量生产的基础，以及VCSEL令人信服的路线图，我们有充分的理由相信，基于此类激光器的商业产品将很快跨越可见光领域。

 

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