技術(shù)突破

　　最近，加拿大麥吉爾大學(xué)的研究人員制造出了一種氮化鋁鎵(AlGaN)激光二極管，其能夠輸出波長239nm的深紫外光，在室溫下運(yùn)行，并且為電泵浦。此外，該原型具有約0.35mA的非常低的閾值電流。

　　模擬研究表明，隨機(jī)分布的AlGaN納米線可以強(qiáng)烈約束在240nm光譜區(qū)域的深紫外光子。研究人員確定了反向錐形納米線結(jié)構(gòu)，以使通過下面的硅(Si)襯底的損耗最小。

　　在制造工藝中，納米線自發(fā)地形成在Si襯底上，并且每個(gè)具有由n-GaN接觸層、n-AlGaN覆層、AlGaN有源區(qū)、p-AlGaN覆層和p-GaN接觸層組成的結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。研究人員介紹說，由納米線的隨機(jī)排列引起的光子重復(fù)散射導(dǎo)致干涉，并因此導(dǎo)致強(qiáng)的光局域化。

　　圖1：電注入AlGaN激光器由反向錐形納米線的隨機(jī)排列組成，如圖中所示。

　　AlGaN納米線的平均填充因子為0.55。由于納米線的不均勻性和制造的不完善，實(shí)際電流注入和激光運(yùn)行僅在其中約50%中發(fā)生。單根納米線的計(jì)算腔體積和載流子復(fù)合體積分別為0.627μm3和0.165μm3。

　　首先，使用193nm波長的激發(fā)源進(jìn)行室溫光致發(fā)光(PL)研究。所得到的PL光譜在246nm處具有20nm帶寬的發(fā)射峰，表明高達(dá)70%的Al組成和良好的Al均勻性。大約位于210nm處的第二個(gè)峰，表明AlN殼形成在AlGaN納米線側(cè)壁上，這有助于抑制非輻射表面復(fù)合。

　　接下來，通過光刻和金屬化方法來制造電注入的激光二極管。研究人員測量了低于和高于激光閾值的室溫電致發(fā)光光譜。在閾值下工作，產(chǎn)生寬發(fā)射光譜。當(dāng)電流達(dá)到0.35mA閾值時(shí)，239nm激光線開始出現(xiàn)。在閾值處，線寬約為0.9nm，但隨著電流逐漸升高到約1.4mA，線寬逐漸升高到約1.4nm。

　　研究人員先前已經(jīng)展示了在262nm和289nm發(fā)射的電注入AlGaN納米線深紫外激光器。這些激光器具有高得多的組成調(diào)控，形成量子點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生僅僅幾十微安的非常低的閾值電流。但是因?yàn)楦呓M成調(diào)控抑制較短波長的激光發(fā)射，研究人員不得不提高組成均勻性，以在239nm產(chǎn)生激光發(fā)射。較高的均勻性導(dǎo)致量子點(diǎn)狀性質(zhì)消失，并將閾值電流提高到0.35mA。但是239nm的閾值電流仍然相當(dāng)?shù)停@將有助于實(shí)現(xiàn)基于激光的、電池供電的深紫外儀器。

　　創(chuàng)業(yè)界deep-UV LED最低波長的紀(jì)錄

　　美國康乃爾大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，最新就研發(fā)出一種體積小且更環(huán)保的深紫外線LED光源，并創(chuàng)下目前業(yè)界deep-UV LED最低波長的紀(jì)錄。

　　研究人員采用原子級(jí)控制界面的氮化鎵(GaN)與氮化鋁(AlN)單層薄膜為反應(yīng)作用區(qū)域，成功發(fā)射出波長介于232到270奈米的深紫外LED。這種232奈米的深紫外線，創(chuàng)下使用氮化鎵為發(fā)光材料，所發(fā)出的光線波長最短記錄。

　　在成功提升深紫外LED的發(fā)光效率后，研究團(tuán)隊(duì)的下一步是將光源整合到裝置內(nèi)，朝上市的目標(biāo)邁進(jìn)。深紫外光的應(yīng)用領(lǐng)域包含食物保鮮、假鈔辨別、光觸媒、水的凈化殺菌，等等。