UVC激光器提供连续波发射

将一对n型电极与增加的光密封相结合，可以实现UVC中的第一个连续波发射

 

一个来自日本的研究团队声称已经制造出第一个在UVC中提供连续波发射的激光二极管，UVC的光谱范围为280 nm至200 nm。

 

该装置由旭化成株式会社和名古屋大学合作生产，在5°C温度下运行，在275 nm处的输出功率略高于1 mW。

 

团队发言人Ziyi Zhang表示：“我们相信，这里报道的这一成就是朝着实用的UVC激光二极管的一个飞跃。”他隶属于朝日开赛大学和名古屋大学。他说，UVC激光器可以用于各种任务，包括生物和化学传感、粒子检测、快速灭菌、日盲通信和材料处理。

 

该团队的成功来自于将最近在紫外激光设计方面的突破与引入具有更高光密封度的架构以及添加一对n型电极的结合。UVC产生的连续波激光器生长在独立的AlN上，其特点是：具有高内部量子效率的活性区；极化诱导掺杂；确保更大光密封的包层；以及添加到顶面的一对n型电极。

 

请注意，虽然n型电极通常放置在激光二极管的背面以确保较低的器件电阻，但这并不是第一次将其添加到此类器件的顶部。这种配置以前曾用于蓝宝石上生长的激光器。

 

Zhang及其同事通过评估MOCVD在单晶AlN基板铝表面生产的一系列器件的性能取得了突破。

 

该团队通过沉积一个外延堆栈来进行控制，该外延堆栈包含350 nm的n型硅掺杂Al0.7Ga0.3N包层、100 nm厚的Al0.63Ga0.27N波导（包含一对4.5 nm厚的量子阱）、320 nm厚的p型分布式偏振掺杂包层和p型接触层。干法蚀刻和切割产生了一个5毫米宽的台面条和600毫米长的空腔。为了将端面反射率提高到90%，研究团队沉积了5对HfO2/SiO2。

 

一种具有Al0.75Ga0.25N包层的变体使Zhang及其同事能够考虑量子阱中光学限制差异的含义。在脉冲模式下，增加铝含量可以降低折射率，减少光模泄漏，降低阈值电流。然而，所有这些都是以串联电阻增加为代价的。

基于这一认识，该团队继续生产了一对器件——它们的不同之处在于在台面条旁边有一个或两个n型电极。由于减少了量子阱中的点缺陷，这两种设计都比以前的设计具有更高的量子效率。

 

对这些封装在TO-can中的器件进行的电光脉冲测量显示，由于内部量子效率的提高，两种器件的阈值电流密度仅为2.8 kA cm-2。从一个单一的n型电极切换到一对n型电极可将电阻从20 W降至12 W，并实现了第一次CW发射。激光开始于110 mA，对应于3.7 kA cm-2的阈值电流密度。

 

根据该团队的说法，现在应该致力于为连续激光实现较低的阈值电流密度。这可能来自更高的内部量子效率和注入效率的提升，注入效率可能仍低于10%——相比之下，基于InGaN的激光二极管的数字通常为60%或更多。

 

Zhang透露，他和他的同事将继续改进他们的器件，目的是生产一种性能适合用户测试的UVC激光器。

 

“鉴于激光二极管在任何波长范围内的发展历史，在室温下实现连续波振荡是器件性能的下一个里程碑。”

 

参考文献

 

Z. Zhang et al. Appl. Phys. Express 15 041007 (2022)

 

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