【摘 要】
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硅衬底GaN基微盘激光器模式体积小、功耗低,在光电集成、单光子发射、化学生物探测等领域具有重要的应用前景。常规GaN基微盘激光器采用空气为光场限制层的“蘑菇状”结构,电注入难、热阻较高,仅实现了光泵浦激射。本论文围绕硅衬底GaN基微盘激光器的载流子输运、光场调控、光损耗抑制和热传导等关键科学问题,从结构设计、材料生长、器件制备和表征分析等多方面进行了深入研究。取得的结果如下:（1）创新性提出了“三
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硅衬底GaN基微盘激光器模式体积小、功耗低,在光电集成、单光子发射、化学生物探测等领域具有重要的应用前景。常规GaN基微盘激光器采用空气为光场限制层的“蘑菇状”结构,电注入难、热阻较高,仅实现了光泵浦激射。本论文围绕硅衬底GaN基微盘激光器的载流子输运、光场调控、光损耗抑制和热传导等关键科学问题,从结构设计、材料生长、器件制备和表征分析等多方面进行了深入研究。取得的结果如下:（1）创新性提出了“三明治状”器件结构,大幅减小了器件电阻和热阻;设计了非对称波导结构,大幅降低了器件的光损耗。（2）采用AlN/AlGaN应力控制层,在硅衬底上生长了高质量的GaN基微盘激光器材料;通过调控生长动力学过程,大幅减少了 p-AlGaN光场限制层中的碳杂质浓度,有效降低了器件的串联电阻和光吸收损耗。（3）开发了干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的腔面制备技术,得到光滑平整且陡直的微盘激光器腔面,大幅减小了器件阈值电流;开发了稳定可靠的空气桥制备技术,实现了微小尺寸微盘激光器的室温电注入。（4）对微盘激光器进行了热学特性表征及分析,根据热学分析结果解释了激光器结温随器件尺寸的变化规律。在上述基础上,研制了国际首支室温电注入连续激射的硅衬底GaN基微盘激光器和微环激光器,其中微盘激光器半径8μm,阈值电流仅为18mA。不仅如此,还将微盘激光器的激射波长拓展到紫外光波段,实现了硅衬底GaN基386 nm紫外光微盘激光器的室温电注入激射,以及硅衬底GaN基紫外光FP腔激光器的室温电注入激射。
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