半導(dǎo)體所研制出室溫連續(xù)功率4.6W的GaN基大功率紫外激光器

氮化鎵（GaN）基材料被稱(chēng)為第三代半導(dǎo)體，其光譜范圍覆蓋了近紅外、可見(jiàn)光和紫外全波段，在光電子學(xué)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。GaN基紫外激光器由于波長(zhǎng)短、光子能量大、散射強(qiáng)等特點(diǎn)，在紫外光刻、紫外固化、病毒檢測(cè)以及紫外通信等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。

但由于GaN基紫外激光器基于大失配異質(zhì)外延材料技術(shù)制備而成，材料缺陷多、摻雜難、量子阱發(fā)光效率低、器件損耗大，是國(guó)際半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域研究的難點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外的極大關(guān)注。

中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所趙德剛研究員、楊靜副研究員長(zhǎng)期聚焦于GaN基光電子材料與器件研究。2016年研制出GaN基紫外激光器【J. Semicond. 38, 051001 (2017)】，2022年實(shí)現(xiàn)電注入激射AlGaN紫外激光器（357.9nm）【J. Semicond.43,1 (2022)】，同年，實(shí)現(xiàn)室溫連續(xù)輸出功率3.8W的大功率紫外激光器【Opt. Laser Technol. 156, 108574 (2022)】。

近期，本團(tuán)隊(duì)在GaN基大功率紫外激光器方面又取得了重要進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了紫外激光器溫度特性差主要與紫外量子阱對(duì)載流子的限制作用弱有關(guān)，通過(guò)引入AlGaN量子壘新結(jié)構(gòu)等技術(shù)，顯著改善大功率紫外激光器的溫度特性，紫外激光器的室溫連續(xù)輸出功率進(jìn)一步提高到4.6W，激射波長(zhǎng)386.8nm。圖1為大功率紫外激光器的激射光譜，圖2為紫外激光器的光功率-電流-電壓（P-I-V）曲線。GaN基大功率紫外激光器的突破將推動(dòng)器件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，支撐國(guó)內(nèi)紫外光刻、紫外固化、紫外通信等領(lǐng)域的自主發(fā)展。

該成果發(fā)表以“Improving temperature characteristics of GaN-based ultraviolet laser diodes by using InGaN/AlGaN quantum wells”為題發(fā)表于Optics Letters上[Optics Letters 49, 1305 (2024) 。楊靜副研究員為論文的第一作者，趙德剛研究員為論文的通訊作者。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)等多個(gè)項(xiàng)目的支持。

圖1 大功率紫外激光器的激射光譜

圖2 紫外激光器的光功率-電流-電壓（P-I-V）曲線




審核編輯：劉清