近日，我院张保平教授课题组在紫外（UV）波段垂直腔面发射激光器（VCSEL）方面取得新进展，相关成果以“Low-thresholdwavelength-tunable ultraviolet vertical-cavitysurface-emittinglasers from 376 to 409 nm”为题发表于期刊Fundamental Research，并被国家自然科学基金委网站首页报道。

一、研究背景

氮化镓（GaN）基VCSEL由于在显示照明、生物医疗、海洋探测和通信等方面有着广泛的应用前景，吸引了众多研究者的关注。相比于边发射激光器，VCSEL具有阈值低、发散角小、调制速率高、以及输出光束呈圆对称等优点，且可制备成高密度二维器件阵列。

在近20年中，GaN基VCSEL相关研究取得快速进展, 已成为下一代半导体激光器的研究热点，多家大型企业如日亚、索尼、松下、斯坦雷电气等都已开始相关布局。目前，发光波长覆盖从紫光至绿光波段（402~565 nm）的GaN基VCSEL已实现电注入激射，且蓝光波段器件性能已接近实用化水平。但是在UV波段，GaN基VCSEL的研究仍面临较大困难，主要集中于高增益有源区的外延生长、高反射率分布布拉格反射镜（DBR）的制备，以及低损耗谐振腔的制备等方面。目前国际上进行UV波段GaN基VCSEL研究单位主要有银娱优越会717、查尔姆斯理工大学、以及乔治亚理工大学等。

二、研究成果

张保平教授课题组通过制备低损耗的谐振腔以及在有源区中引入周期性增益结构，成功实现了UVA波段GaN基VCSEL的可调谐低阈值光泵浦激射，发光波长覆盖376-409 nm的光谱范围。器件谐振腔采用厚度渐变的楔形结构，因此可利用腔长的变化实现对谐振腔内光场分布以及谐振波长的调制，在单个样品不同位置实现激射波长的渐变，从而实现发光波长的可调谐。

此外，样品有源区具有周期性增益结构，即通过外延设计将量子阱有源区分为两组，并分别置于谐振腔内光场驻波的两个波腹处，从而实现光场与有源区的强耦合，实现更好的增益效果。周期性增益结构有效地将器件阈值降低至~400 kW/cm2，是UV波段 VCSEL中较低水平。

可调谐UVA波段 VCSEL器件结构以及发射光谱

上述工作由张保平教授领导的银娱优越会717微纳光电子研究室独立完成，第一作者为梅洋助理教授。课题组长期进行GaN基VCSEL研究，目前已成功实现蓝紫光、蓝光、绿光器件的电注入激射，并且在国际上首次实现了深紫外波段（UVC），也是最短波长，VCSEL的光泵浦激射，波长为275.9 nm。该项工作得到了国家自然科学基金以及国家重点研发计划重点专项的资助。

Fundamental Research为国家自然科学基金委员会主管、主办的综合性英文期刊（双月刊），内容覆盖自然科学的多个学科领域，于2021年1月正式上线出版。期刊立足展示国家自然科学基金资助的代表性成果，充分反映国内外基础研究前沿与动态，促进国际学术交流，提升中国基础研究在国际科学界的显示度和影响力。作为反映世界、特别是中国基础研究最高水平的综合类全英文学术期刊，为科学家打造一个高水平的基础研究国际交流平台。

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325821002132