半导体所研制出室温连续功率4.6W的GaN基大功率紫外激光器

氮化镓（GaN）基材料被称为第三代半导体，其光谱范围覆盖了近红外、可见光和紫外全波段，在光电子学领域有重要的应用价值。GaN基紫外激光器由于波长短、光子能量大、散射强等特点，在紫外光刻、紫外固化、病毒检测以及紫外通信等领域有重要的应用前景。但由于GaN基紫外激光器基于大失配异质外延材料技术制备而成，材料缺陷多、掺杂难、量子阱发光效率低、器件损耗大，是国际半导体激光器领域研究的难点，受到了国内外的极大关注。

中国科学院半导体研究所赵德刚研究员、杨静副研究员长期聚焦于GaN基光电子材料与器件研究。2016年研制出GaN基紫外激光器【J. Semicond. 38, 051001 (2017)】，2022年实现电注入激射AlGaN紫外激光器（357.9nm）【J. Semicond.43,1 (2022)】，同年，实现室温连续输出功率3.8W的大功率紫外激光器【Opt. Laser Technol. 156, 108574 (2022)】。近期，本团队在GaN基大功率紫外激光器方面又取得了重要进展，发现了紫外激光器温度特性差主要与紫外量子阱对载流子的限制作用弱有关，通过引入AlGaN量子垒新结构等技术，显著改善大功率紫外激光器的温度特性，紫外激光器的室温连续输出功率进一步提高到4.6W，激射波长386.8nm。图1为大功率紫外激光器的激射光谱，图2为紫外激光器的光功率-电流-电压（P-I-V）曲线。GaN基大功率紫外激光器的突破将推动器件国产化进程，支撑国内紫外光刻、紫外固化、紫外通信等领域的自主发展。

该成果发表以“Improving temperature characteristics of GaN-based ultraviolet laser diodes by using InGaN/AlGaN quantum wells”为题发表于Optics Letters上[Optics Letters 49, 1305 (2024) https://doi.org/10.1364/OL.515502 ]。杨静副研究员为论文的第一作者，赵德刚研究员为论文的通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等多个项目的支持。

图1 大功率紫外激光器的激射光谱

图2 紫外激光器的光功率-电流-电压（P-I-V）曲线