在藍光激光器領域，材料選擇與器件結構設計長期制約著其性能提升與產業化推進。2023年，南京郵電大學提出“一種氮化鎵基光子晶體面發射藍光激光器及制備方法”（專利號：CN116316063A）發明專利，通過創新包覆層材料體系與制備工藝，為實現低閾值、高效率的氮化鎵基光子晶體面發射激光器（PCSEL）提供了關鍵技術方案，對激光雷達、激光顯示及光通信等高端領域的技術升級具有重要推動作用。

    核心結構創新：多孔GaN包覆層優化光場約束與耦合效率
    該專利的核心技術突破在于采用多孔氮化鎵（GaN）替代傳統氮化鋁鎵（AlGaN）作為包覆層，通過調控材料折射率，實現光場在器件內部的精準約束與高效耦合。其器件結構自下而上依次為襯底（藍寶石或硅襯底）、底層GaN、多孔GaN層、n型AlGaN層（AlGaNn）、n電極、量子阱有源層、p型AlGaN層（AlGaNp）、p型GaN層（GaNp）及p電極，構建了兼顧光場限制與電流注入的高效器件架構。
    傳統氮化鎵基PCSEL多采用高折射率AlGaN作為包覆層，導致光場易分散至非核心區域，難以與有源層及光子晶體層形成有效耦合；而多孔GaN具備低折射率且折射率可控的特性，可將光場主要約束于多孔GaN層上方的量子阱有源區與光子晶體區，顯著提升有源層與光子晶體層的諧振光場耦合強度，為器件實現低閾值激射、高發光效率奠定核心基礎。

    關鍵制備工藝：簡化流程并規避量子阱損傷風險
    為實現上述創新結構，專利設計了6步標準化制備工藝，在降低工藝復雜度的同時，有效避免量子阱有源區損傷，保障器件性能穩定性：
    1.外延生長構建基礎結構：在藍寶石或硅襯底上，通過外延技術依次生長底層GaN、重摻n型GaN層、n型AlGaN層、量子阱有源區層、p型AlGaN阻擋層及p型GaN層，形成完整的材料基礎體系。
    2.制備光子晶體結構層：采用電子束光刻（EBL）技術制作光子晶體掩膜層，隨后通過干法刻蝕工藝形成光子晶體孔洞陣列，去除掩膜層后完成光子晶體層制備，全程僅在器件表面操作，無需深入材料內部。
    3.轉化多孔GaN包覆層：通過“光刻介質保護電化學腐蝕”復合工藝，將前期生長的重摻n型GaN層精準轉化為多孔GaN層，實現包覆層材料的功能化定制。
    4.制作p電極：利用光刻與剝離（liftoff）工藝，在p型GaN層表面制備p電極，確保電流高效注入。
    5.形成mesa隔離結構：通過光刻定義窗口，采用干法刻蝕工藝刻蝕至n型AlGaN層，形成mesa（臺面）結構，優化器件電流分布均勻性。
    6.制作n電極：再次通過光刻與剝離工藝，在n型AlGaN層表面制備n電極，完成整個器件的電極體系搭建。
    該工藝體系的核心優勢在于省去傳統技術中的二次外延步驟：傳統氮化鎵基PCSEL為在GaN內部制備空氣孔光子晶體，需采用復雜的二次外延工藝，不僅提升生產成本與技術難度，還易引入材料缺陷；而本專利通過表面刻蝕與電化學腐蝕的組合工藝，既簡化流程，又避免了刻穿量子阱有源區導致的量子效率下降問題，保障器件核心性能。

    技術優勢：針對性解決行業三大核心痛點
    相較于現有氮化鎵基PCSEL技術，該專利通過結構與工藝創新，針對性解決行業關鍵痛點：
    1.提升光場耦合效率：低折射率多孔GaN包覆層實現光場精準約束，大幅提升有源層與光子晶體層的諧振光場耦合強度，有效降低器件激射閾值，提升發光效率。
    2.降低產業化門檻：取消二次外延等復雜工藝，簡化制備流程，降低設備投入與生產難度，更適配規?；慨a需求。
    3.保障器件性能穩定性：工藝全程不損傷量子阱有源區，避免加工過程對發光核心與電流注入均勻性的影響，確保器件長期工作穩定性。

    應用場景：適配高端領域性能需求
    PCSEL器件本身具備顯著優勢：相較于邊發射激光器（EEL），其二維集成便捷性更強、諧振腔尺寸更小、光束質量更優；相較于垂直腔面發射激光器（VCSEL），其輸出功率更高、光斑特性更優、發散角更小。結合本專利的技術突破，該器件可進一步滿足多高端領域的核心需求：
    激光雷達領域：低閾值與高光束質量特性，可提升雷達探測精度與測距范圍，適配自動駕駛、環境監測等場景。
    激光顯示領域：高效藍光輸出可優化顯示面板的亮度與色彩還原度，為Mini/MicroLED等新一代顯示技術提供核心器件支撐。
    光通信領域：小尺寸與高集成性優勢，可滿足高密度光通信模塊的需求，提升數據傳輸速率與系統集成度。

    該專利通過材料、結構與工藝的協同創新，為氮化鎵基PCSEL技術的性能提升與產業化推進提供了關鍵支撐，不僅填補了現有技術的短板，更為我國在藍光激光核心器件領域的技術突破奠定基礎，有望加速相關高端應用場景的產業化進程。