AlInN层可提高LD和SLED的性能

瑞士公司Exalos的M. Malinverni及其同事进行的一项研究表明，一种以氮化铟铝层（InAlN）为特色的新型外延设计潜力巨大。

研究人员认为，这一方法是制造高效蓝绿激光二极管（LD）和超发光二极管（SLED）的关键。

M. Malinverni表示：“该突破为InAlN在下一代光电器件制造中的广泛应用铺平了道路，并为实现波长更长的高效发光开辟了道路。”

此研究利用了InAlN的特性，近期以两篇期刊论文发表，并在最近的SPIE Photonics West会议上进行展示。

InAlN的铟含量为18%，与GaN的晶格匹配，与传统的AlGaN相比，InAlN波导层的折射率比提高了四倍。这一特性使InAlN成为LD和SLED的理想候选包层。

早在二十年前就已提出InAlN，尽管如此，其在商业器件中的应用却面临挑战，特别是生长厚层时会出现快速形态退化，以及通过InAlN及周围层界面的电传输问题。

不过，研究人员克服了这两个障碍。通过引入基于多个GaN/InAlN对的n型包层设计，解决了涉及厚层生长的难题，从而使器件的光学约束因子得到增强，功率效率也随之提高。通过优化GaN/InAlN界面的掺杂和生长条件，实现了高效电流传输和低电阻率。这项研究优化了InAlN/GaN界面的垂直载流子传输，因此与采用传统AlGaN包层的器件相比，电压损失可以忽略不计。

通过新设计，LD在蓝光光谱范围内实现了3 mA的低阈值电流，在绿光光谱范围内实现了12 mA的低阈值电流。此外，据报告，最先进绿光SLED的工作电流显著降低了85 mA。

该研究结合实验数据和模拟，深入探讨了InAlN包层的优势和挑战。通过分析具有多种腔长和各种面涂层的激光芯片，研究证明模态增益有了显著提高。与光模模拟得出的光学约束因子预期增长相吻合。

研究还探讨了如何减少向衬底泄漏光模，这一问题通常会困扰采用AlGaN包层的传统器件，从而在使用InAlN底部包层时显著改善远场发光模式。

参考文献

'InAlN cladding implementation in green superluminescent diodes and lasers' by M. Malinverni et al;  Appl. Phys. Lett. 122 (20) (2023)

'Blue and Green Low Threshold Laser Diodes With InAlN Claddings' by M. Malinverni et al; IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 24, pp. 1303-1306, (2023).

'The crucial role of InAlN for blue and green LDs and SLEDs with low power consumption' by M. Malinverni et al, submitted for publication in Gallium Nitride Materials and Devices XIX, SPIE. (2024).