长光所团队研发国内首个1550nm 毫瓦级单模VCSEL激光器

4/14/2022，光纤在线讯，中科院长春光机所、长春中科长光时空光电技术有限公司、青岛科技大学联合报道了高性能1550nm VCSEL芯片方面的最新研发成果。技术人员通过采用高增益应变量子阱，在国内首次研发出光功率达到毫瓦量级的单模1550nm VCSEL。在温控设定在15℃时最高激光功率达到2.6mW，边模抑制比（SMSR）最高达到35dB，并具有良好的温度适应性。该项研究以《1550nm毫瓦级单横模垂直腔面发射半导体激光器》发表于《物理学报》，并被选为“编辑推荐”论文。

论文链接https://wulixb.iphy.ac.cn/article/doi/10.7498/aps.71.20212132

1550nm VCSEL的最大难点在于目前尚无成熟的高效电流限制结构以及可以完美匹配发光区材料的合适DBR（Distributed Bragg Reflector）材料。本报道采用了隧穿注入台面限制电流注入区，实现了空穴的高效注入与横向载流子限制；采用了部分半导体DBR与介质膜DBR材料组合的方式形成出光侧DBR，实现了高反射率与低缺陷的DBR反射镜制备。

文章报道的1550nm VCSEL关键制备工艺包括：采用金属有机化学气相沉积外延设备在InP衬底生长高质量的半导体DBR、N型导电层、发光层及隧穿结结构;采用键合设备完成半导体芯片与带有金属化图形的透明金刚石薄片键合；采用选择性腐蚀工艺去除InP衬底。上述工艺对于实现1550nm VCSEL激光器有效的电流限制以及工作过程中高效的热扩散至关重要，上述工艺也是实现1550nm VCSEL芯片长期稳定工作的关键。

该论文的第一作者是长春光机所张建伟教授，通讯作者是长光时空公司总经理张星。长春光机所半导体激光器研发团队和长光时空公司在王立军院士、宁永强教授的领导下，从2002年至今在高性能VCSEL芯片研发和产业化方面成果斐然：团队曾于2004年在国际上首次报道了输出功率达到1瓦以上的VCSEL芯片；2010年报道了在衬底表面集成微透镜的低发散角VCSEL芯片；2011年报道了脉冲输出功率92瓦的980nm VCSEL芯片；2014年报道脉冲输出功率数百瓦的高功率VCSEL芯片和模组；2018年报道了面向激光雷达应用的905nm百瓦级高功率VCSEL芯片；2022年报道了量子陀螺专用芯片国际领先的研究成果以及本次在人眼安全波段VCSEL方面的成果。