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不含铟的激光器打破紫外记录

    通过在一定角度的籽晶上侧向生长AlGaN,Hamamatsu Photonics为紫外激光提供一个合适的禁带宽度,并且抑制了非辐射复合。日本研究人员开发出高质量GaN生长技术,利用它成功制备了第一个紫外激光二极管,并且器件结构内的有源层不含铟。Hamamatsu Photonics团队已生产出的电泵浦激光器波长最短,有关细节发表在7月27日的Nature Photonics期刊上。

 

 

    利用PL法342nm激光器在一张纸上形成了蓝色的图案,主要光束与其反射线相互交叉产生干涉图样。图片来源:Hamamatsu

 


    由于器件的设计到位,这个脉冲式激光器的发光波长从之前最好的355nm降低至342nm。这篇论文的作者Harumasa Yoshida表示,在一个蓝宝石衬底上生长出不含铟的AlGaN激光器,这对深紫外区域来说是个突破。激光二极管对外延结构尤其敏感,它能作为不发光时电子和空穴对复合的中心。

 

    在蓝紫光激光器的有源层内,铟团簇能带来电子和空穴,因而增大了辐射复合和器件总的发光效率。可是Yoshida认为采用铟抑制了更短波长的发光。作为比较,增加蓝宝石上激光器的铝组分导致了材料中拉伸应变的增强,乃至更多的位错和裂纹。然而增加激光器的铝组分的确是Yoshida想做的。他说,“为了获得更短的波长,最好的方法或许是在AlGaN导向层和盖层上制备出不含铟的AlGaN多量子阱”。


    异面控制的横向外延过生长(Hetero-FACELO),那么Hamamatsu是如何做到这些的呢?它得益于一项名为hetero-FACELO的新型MOCVD方法(参看文章“用金字塔结构制备无裂纹UV激光器”),在2µm宽的硅石条纹上制造金字塔型的籽晶。从籽晶的侧面进行连续的侧向生长,这样产生了位错,晶体质量会随沉积提高了。

 

    在这个案例中,侧向生长法制备出一个Al0.3Ga0.7N层,据称这与之前用于355nm器件的Al0.2Ga0.8N材料系统(参看“无裂纹AlGaN生长有助于紫外发光”)“几乎相同”。在形成AlGaN盖层、导向层、有源层以及刻蚀反射镜台面和沉积金属接触之后,器件能正常工作了,阈值电流在390mA,脉冲输出功率达16mW,接近激光腔台面的一边。


    英国剑桥大学材料科学和GaN中心主任Colin Humphreys评价道,“这证明了AlGaN材料体系在宽的UV波长范围内的潜力,它能制成激光器。这是一项重大的成就”。

 

    Hamamatsu 团队指出深紫外激光器能用作Blu-ray光碟、材料处理以及化学分析的替代光源。然而,对于一个激光二极管来说,器件的串联电阻(在阈值电流时约为 32Ω)高了些。他们认为这些必须得到提高,帮助器件获得连续波性能。Humphreys认为激光器受到了脉冲电流条件的限制,这是连续工作的器件真正需要的。同时人们并不能确定激光器的寿命,若这些激光器要得到广泛的使用还需克服很多问题,但无可否认是一个非常有希望的开始。

 

(编辑:小曾)

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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