450nm激光二极管，新型激光二极管

450nm激光二极管，新型激光二极管技术名古屋大学未来电子集成研究中心教授 Chiaki Sasaoka 表示：“我们的激光二极管通过室温条件下的脉冲电流注入，发出了世界上最短的激光波长（271.8纳米）。” Sasaoka 解释道，先前关于紫外线激光二极管的研究只实现了低至336纳米的激光发射。创新据发表在《应用物理快报（Applied Physics Express）》杂志上的一篇论文称，日本名古屋大学的科学家们与旭化成株式会社合作，成功设计出一款能发出深紫外线的激光二极管。投射到荧光屏上的UV-C激光的远场图形（图片来源：名古屋大学和旭化成株式会社）

导读

据日本名古屋大学官网近日报道，该校研究人员称，他们设计出一款激光二极管，它能发出迄今为止最短波长的紫外线，有望应用于消毒、皮肤病学和DNA分析。

背景

发射短波长紫外线也称为“UV-C（波长范围在200纳米到280纳米之间）”的激光二极管，可用于医疗保健领域的消毒，治疗牛皮癣等皮肤病，以及分析气体和DNA。

创新

据发表在《应用物理快报（Applied Physics Express）》杂志上的一篇论文称，日本名古屋大学的科学家们与旭化成株式会社合作，成功设计出一款能发出深紫外线的激光二极管。

投射到荧光屏上的UV-C激光的远场图形（图片来源：名古屋大学和旭化成株式会社）

名古屋大学未来电子集成研究中心教授 Chiaki Sasaoka 表示：“我们的激光二极管通过室温条件下的脉冲电流注入，发出了世界上最短的激光波长（271.8纳米）。” Sasaoka 解释道，先前关于紫外线激光二极管的研究只实现了低至336纳米的激光发射。

技术

名古屋大学的深紫外线激光二极管，克服了科学家们朝着开发这些半导体器件的目标努力过程中遇到的几个问题。

团队采用高质量的氮化铝（AIN）基底作为他们构造激光二极管层的基础。他们说，这很有必要，因为质量较低的AIN含有大量的缺陷，最终影响了激光二极管活性层将电能转化为光能的效率。

激光二极管中，“p型”和“n型”层被“量子阱”分开。当电流通过激光二极管时，p型层中带正电的空穴和n型层中带负电的电子朝着中间结合，通过光子的形式释放能量。

研究人员设计了这种发深紫外光的量子阱。这种p型层和n型层，由氮化铝镓（AlGaN）制成。包覆层也由AlGaN制成，安装在p型层或n型层之上。N型层之下的包覆层包含硅杂质，这项工艺也称为“掺杂”。掺杂作为一种修改材料特性的技术被使用。p型层上的包覆层经历了分布极化掺杂，它掺杂这一层时不会添加杂质。p侧包覆层中的铝含量是设计好的，底部最高，朝着顶部递减。研究人员们相信，这个铝含量的梯度变化，改善了带正电荷的空穴的流动。最终，由掺杂镁的p型AlGaN制成的顶部接触层被添加进来。

UV-C半导体激光二极管的横截面结构（图片来源：名古屋大学和旭化成株式会社）

研究人员发现，p侧包覆层的极化掺杂意味着，“迄今为止最短波长”的激光发射，需要“极低工作电压（13.8伏）”的脉冲电流。

脉冲操作下的发射特性（图片来源：名古屋大学和旭化成株式会社）

团队目前正与旭化成株式会社合作，实现连续室温条件下的深紫外线激光发射，以开发UV-C半导体激光器产品。

关键字

激光、二极管、紫外线

参考资料

【1】Ziyi Zhang Maki Kushimoto Tadayoshi Sakai Naoharu Sugiyama Leo J. Schowalter Chiaki Sasaoka Hiroshi Amano. A 271.8 nm deep-ultraviolet laser diode for room temperature operation. Applied Physics Express 2019; 12 (12): 124003 DOI: 10.7567/1882-0786/ab50e0

【2】http://en.nagoya-u.ac.jp/research/activities/news/2020/01/laser-diode-emits-deep-uv-light.html