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湿法蚀刻新型GaN金字塔微腔的高Q值光泵激射

来源: X-MOL 2017-08-28 15:05:41

光学微腔在理论和实际应用中都有很大的研究意义。比如光子与激子的弱、强耦合作用，耦合动力学或相干态极子激射。光学微腔能在空间层面限制光而形成驻波，在微腔激光器中具有重要作用，例如F-B谐振腔激光器、微盘激光器及光子晶体激光器。氮化物光学微腔也有诸多报道，为了形成良好的光学限制，对于在蓝宝石衬底上外延的GaN，由于蓝宝石较难被化学溶液蚀刻，人们一般通过ICP干刻的方法得到设计的微腔结构（如微盘、微环）后，再通过特别设计的光电化学蚀刻方法（PEC）蚀刻底切特殊设计生长的GaN外延结构（如InGaN/GaN超晶格层等）。堪萨斯大学的H. X. Jiang团队直接在图案化的蓝宝石衬底上生长得到大尺寸（~8 μm）的金字塔光学微腔，而香港大学的Choi团队则报道了底部为Ag和ITO反射镜的干法ICP刻蚀光学微盘腔光泵激射，其Q值分别为1673和770。

近日，中南大学、中科院半导体研究所、南方科技大学等单位的研究人员报道了一种新型的基于全湿法化学腐蚀获得高品质因子的垂直结构金字塔GaN光学微腔。他们在紫外常温光泵下观察到多模式激射，如在367.2 nm波长的模式激射，具有低阈值（0.4–0.5 MW/cm2）、窄线宽（0.054 nm）和高品质因子（超过6000）。这种高性能的光学GaN微腔主要受益于其独特的微米金字塔制备方式。相比已报道GaN微腔，这种新型的金字塔微腔具有以下特点：1. 传统GaN微腔制造一般通过干法蚀刻得到，有损材料的晶体质量。此金字塔微腔完全为湿法化学蚀刻得到，能在一定程度上“过滤”材料位错和缺陷，从而提高其晶体质量；2. 由湿法蚀刻得到的金字塔微腔具有光滑的晶面，与底部的Ag基反射镜可共同形成良好的光学限制，无需传统GaN微腔制备的复杂底切蚀刻工艺。

材料学

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