研究团队利用GaN纳米孔技术，打造绿光波长VCSEL激光器

近日，中国台湾工业技术研究院（ITRI）与美国氮化镓VCSELs开发商Ganvix的研究人员宣布双方正扩展合作，以进一步开发短波垂直腔表面发射激光器（VCSELs）。

当下，由于多孔氮化镓（GaN）半导体材料打造出蓝光激光器已非难事，所以上述合作双方便把目光放到了绿光波长和VCSEL阵列的生产制造上。

Ganvix表示，利用纳米孔技术提供紧凑、轻量级的蓝光／绿光／紫外光VCSEL激光器，可产生优越的波长控制、更小的光斑尺寸和阵列架构，从而能够在广泛的应用领域进行实质性创新。

图片来源：Ganvix

开发红、绿和蓝光多色VCSELs微型阵列

ITRI研究院和Ganvix公司希望通过“第二阶段”的努力，推动交付独特的红光、绿光和蓝光VCSELs微型阵列。这些VCSELs微型阵列适合大规模生产和部署在新兴扩展现实应用中。

双方宣布：“通过将Ganvix的设计创新能力与ITRI的制造能力进行紧密结合，我们已经演示了在蓝色波长范围内工作的GaN VCSELs。”

此外，双方还补充称，下一阶段的开发将包括对激光器和阵列进行鉴定测试及封装，以及推动绿色波长GaN VCSELs的研发，相关目标市场包括消费电子、工业、医疗和生命科学、通信和增强现实（AR）等元宇宙应用。而近期的应用则包括用于激光扫描显示设备的红光、绿光和蓝光VCSEL引擎，以及用于自由空间和聚合物光纤通信的激光器和激光阵列。

与位于英国剑桥的Porotech公司类似，Ganvix正努力利用多孔GaN半导体材料的表性行为，以提供紧凑、轻量级的紫外和绿色波长之间的VCSELs。该公司列举了这种工艺的诸多优势，包括：优越的波长控制、更小的光斑尺寸和更好的阵列架构。

据介绍，中国台湾工业技术研究所（ITRI）此前一直致力于LED和激光二极管的大规模生产，目前则正在研究如何加速Ganvix的上市日程。他们表示，由此产生的产品，将为高性能、低成本GaN VCSEL在数十亿美元的全球市场创造的新机遇，包括消费电子、通信、医疗和生命科学以及工业应用。

GaN材料为VCSEL激光器创造更多机遇

尽管基于砷化镓（GaAs）的VCSEL早在20多年前就已经开发出来了，并且现在也已经成为了电光学领域发展最快的技术之一。然而，GaAs不能发射紫外或可见（蓝色和绿色）波长的光。也正因如此，打造出更短波长的VCSEL成为了一项更具挑战性的任务。

合作方指出，GaN材料对于电光学领域的未来应用而言是必需的，但直到现在还未有真正的商用解决方案可以用来形成所需的激光腔镜。而Ganvix利用纳米多孔技术来设计GaN的光学特性，则解决了这个问题。

ITRI电子与光电子系统研究实验室主任Shih－Chieh Chang预测：“在未来的元宇宙应用中，三基色VCSEL将发挥关键作用。我们很高兴能继续深化与Ganvix的合作，推出商业化的产品，这也可以进一步带动中国台湾的产业进入元宇宙市场。”

对于双方合作，Ganvix首席执行官John Fijol则评论称：“我们很高兴地宣布，我们利用与ITRI合作生产的专有纳米多孔GaN，成功演示了蓝色VCSEL激光器。这标志着这些新的激光设备在商业化方面获得了重要的进展。”

除了Ganvix之外，目前全球不少知名企业都在努力打造独特的GaN基VCSELs。根据先进信息技术解决方案及服务提供商Delaware的网站，纳米孔技术可以完全由外延生长的GaN基VCSELs，而不会引入任何晶体缺陷，也不会出现晶格不匹配的状况。该公司还表示，亚波长纳米孔产生了具有可调折射率的GaN／空气纳米复合材料，有利于形成高反射率（＞99．9％）的分布式布拉格反射器（DBR），这对VCSEL器件至关重要。

今年早些时候，microLED和氮化镓（GaN）半导体技术开发商Porotech成功斩获了2000万美元风险投资，并与英国的化合物半导体晶圆产品和先进材料供应商IQE达成了一项协议，力争利用单一的材料系统来制造全色微显示器。据悉，Porotech也在寻求开发多孔GaN的特性，尽管到目前为止它的目标是microLED而不是VCSELs。相反，多孔半导体结构被设计成发射红色、绿色和蓝色的波长，这意味着近眼显示所需的每种发射器都可以在一个单一的半导体材料平台上产生。