Des chercheurs de l'Université Meijo et de l'Université de Nagoya au Japon ont démontré une conception de lasers à cavité verticale à émission de surface (VCSEL) à base de GaN qui offre une bonne conductivité électrique et se développe facilement. Les résultats sont rapportés dans Applied Physics Express.

Cette recherche est présentée dans le numéro de novembre 2016 de la revue en ligne Bulletin JSAP .

« Les lasers à cavité verticale à émission de surface (VCSEL) à base de GaN devraient être adoptés dans diverses applications, tels que les écrans à balayage rétinien, phares adaptatifs, et des systèmes de communication à haute vitesse en lumière visible, " expliquent Tetsuya Takeuchi et ses collègues de l'Université Meijo et de l'Université de Nagoya au Japon dans leur dernier rapport. Cependant, jusque là, les structures conçues pour la commercialisation de ces dispositifs ont de mauvaises propriétés conductrices, et les approches existantes pour améliorer la conductivité introduisent des complexités de fabrication alors que les performances sont inhibées. Un rapport de Takeuchi et de ses collègues a maintenant démontré une conception qui offre une bonne conduction et qui se développe facilement.

Les VCSEL utilisent généralement des structures appelées réflecteurs de Bragg distribués pour fournir la réflectivité nécessaire à une cavité efficace qui permet au dispositif de laser. Ces réflecteurs sont des couches alternées de matériaux avec des indices de réfraction différents, ce qui se traduit par une réflectivité très élevée. Les contacts intracavités peuvent aider à améliorer la mauvaise conductivité des VCSEL GaN, mais ceux-ci augmentent la taille de la cavité conduisant à un mauvais confinement optique, procédés de fabrication complexes, des densités de courant de seuil élevées et un faible rendement énergétique de sortie par rapport à l'entrée (c'est-à-dire le rendement de pente).

La faible conductivité des structures DBR est le résultat de charges de polarisation entre les couches de différents matériaux – AlInN et GaN. Pour surmonter les effets des charges de polarisation, Takeuchi et ses collègues ont utilisé des nitrures dopés au silicium et introduit un "dopage de modulation" dans les couches de la structure. Les concentrations accrues de dopant silicium aux interfaces aident à neutraliser les effets de polarisation.

Les chercheurs de Meijo et de l'Université de Nagoya ont également mis au point une méthode pour accélérer le taux de croissance de l'AlInN à plus de 0,5 m/h. Le résultat est un VCSEL à base de GaN à cavité 1,5λ avec un réflecteur de Bragg distribué AlInN/GaN de type n qui a une réflectivité maximale de plus de 99,9% , courant de seuil de 2,6 mA, correspondant à une densité de courant seuil de 5,2 kA/cm2, et une tension de fonctionnement était de 4,7 V.