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）基材料被稱為第三代半導(dǎo)體，其光譜范圍覆蓋了近紅外、可見光和紫外全波段，在光電子學(xué)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。GaN基紫外激光器由于波長短、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，是國際半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域研究的難點(diǎn)，受到了國內(nèi)外的極大關(guān)注。

中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所趙德剛研究員、楊靜副研究員長期聚焦于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年實現(xiàn)電注入激射AlGaN紫外激光器（357.9nm）【J. Semicond.43,1 (2022)】，同年，實現(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載流子的限制作用弱有關(guān)，通過引入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器件國產(chǎn)化進(jìn)程，支撐國內(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。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等多個項目的支持。

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