向元宇宙世界进军，可在绿光波段发射的VCSEL激光器

近日据optics.org报道，中国台湾工业技术研究院（ITRI）和美国Ganvix公司已扩大现有合作，以进一步开发短波长垂直腔面发射激光器（VCSEL）。基于多孔氮化镓（GaN）半导体材料，目前的VCSEL已经可以实现蓝光发光，合作双方将着眼于绿光波长和VCSEL阵列的生产。

近红外发射的VCSEL在消费应用市场获得巨大成功，尤其是在苹果手机上用于面部识别。由于多孔GaN的特性，ITRI和Ganvix希望将波长覆盖范围扩展到光谱的蓝光和绿光部分，同时考虑到元宇宙应用

ITRI和Ganvix希望“第二阶段”的努力，将有助于大规模生产的交付并加速红光、绿光和蓝光VCSEL阵列在新兴扩展现实中的应用。双方宣布：基于Ganvix的设计和ITRI的可制造性之间的密切合作，在蓝光波长范围内运行的氮化镓基VCSEL已经证明是可以实现的。双方还表示，下一阶段的开发将包括激光器和阵列的鉴定测试和封装，以及在绿光波长的延伸。

未来的目标市场包括消费电子、工业、医学和生命科学、通信和增强现实（AR）等元宇宙应用。近期的应用包括用于激光扫描显示器的红光、绿光和蓝光VCSEL光引擎，以及用于自由空间和聚合物光纤通信的激光器和激光器阵列。

与英国的Porotech公司类似，Ganvix正在利用多孔氮化镓半导体材料特性，开发在紫外和绿光波长之间能够实现紧凑、轻质的VCSEL发射。该公司还展示了优越的波长控制、较小的光斑尺寸和更好的阵列结构，作为演示。

过去，ITRI始终致力于开发LED和激光二极管的大规模生产，目前正在研究如何加快Ganvix氮化镓基VCSEL的上市时间。双方都认为，由此产生的产品将为高性能和低成本氮化镓基VCSEL在数十亿美元的全球市场上创造新的机会。

尽管基于砷化镓（GaAs）的VCSEL在二十多年前就已经开发出来，现在已经成为电光领域发展最快的技术之一，但事实证明获取更短波长的VCSEL仍然具有挑战性。合作者表示：“未来的新兴应用需要氮化镓，但迄今为止还没有可行的解决方案来形成所需的激光腔镜。Ganvix利用纳米多孔技术设计氮化镓的光学特性，有效解决了这个问题。”

中国台湾工业技术研究院光电半导体制程实验室，能提供三五族半导体包含GaN磊晶及元件制作、GaAs/InP元件制作平台，应用包含LED、VCSEL、HEMT等多元化元件设计，提供上游磊晶到下游制程及封装测量的综合性服务

ITRI电子与光电子系统研究实验室总干事张世杰预测：“对于未来的元宇宙应用，三原色VCSEL将发挥关键作用。我们很高兴能与Ganvix深入合作推出商业化产品，推动产业进入元宇宙市场。”

Ganvix首席执行官John Fijol补充道：“我们很高兴地宣布，使用我们与ITRI合作制造的专有纳米多孔氮化镓，成功演示了蓝光VCSEL激光器。这标志着这些新激光器件的商业化取得了重大成就。”根据特拉华公司网站，纳米多孔技术能够完全实现在外延生长的氮化镓上制造VCSEL，而不会出现任何晶体缺陷或晶格失配。

亚波长纳米孔形成了氮化镓/空气纳米复合材料，该复合材料具有可调折射率，有助于形成对VCSEL器件至关重要的高反射率（>99.9%），以及对于VCSEL器件同样重要的分布式布拉格反射器（DBR）。

今年早些时候，Porotech筹集2000万美元的风险资金与外延晶圆铸造厂IQE达成协议，寻求利用多孔氮化镓的特性。但该公司的目标是micro-LED而不是VCSEL。取而代之的是，多孔半导体结构被设计成能够发射红光、绿光和蓝光波长的光，这意味着近眼显示器所需的每个发射器都可以在单个半导体材料平台上生产。