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AlGaN纳线激光二极管发射239nm深紫外光

2017-05-12 09:30
科技那回事
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多年来,激光二极管的短波长极限,已经从可见光谱的红光端移动到了近紫外波段。然而许多应用,例如用于化学和生物化学传感、表面分析和医学用途的拉曼光谱,可以受益于深紫外发射激光二极管的发展,这类激光二极管可以用电池供电,用于便携式仪器中。

激光二极管可以倍频和四倍频,以产生短于193nm波长的窄带输出深紫外光。虽然这些激光器比其他类型的深紫外光源(如准分子激光器)更紧凑且用户友好,但是它们仍然不像常规激光二极管那么小巧、简单和低功耗。

最近,加拿大麦吉尔大学的研究人员制造出了一种氮化铝镓(AlGaN)激光二极管,其能够输出波长239nm的深紫外光,在室温下运行,并且为电泵浦。此外,该原型具有约0.35mA的非常低的阈值电流。

反向锥形纳米线

模拟研究表明,随机分布的AlGaN纳米线可以强烈约束在240nm光谱区域的深紫外光子。研究人员确定了反向锥形纳米线结构,以使通过下面的硅(Si)衬底的损耗最小。

在制造工艺中,纳米线自发地形成在Si衬底上,并且每个具有由n-GaN接触层、n-AlGaN覆层、AlGaN有源区、p-AlGaN覆层和p-GaN接触层组成的结构(如图1所示)。研究人员介绍说,由纳米线的随机排列引起的光子重复散射导致干涉,并因此导致强的光局域化。

图1:电注入AlGaN激光器由反向锥形纳米线的随机排列组成,如图中所示。

AlGaN纳米线的平均填充因子为0.55。由于纳米线的不均匀性和制造的不完善,实际电流注入和激光运行仅在其中约50%中发生。单根纳米线的计算腔体积和载流子复合体积分别为0.627μm3和0.165μm3。

首先,使用193nm波长的激发源进行室温光致发光(PL)研究。所得到的PL光谱在246nm处具有20nm带宽的发射峰,表明高达70%的Al组成和良好的Al均匀性。大约位于210nm处的第二个峰,表明AlN壳形成在AlGaN纳米线侧壁上,这有助于抑制非辐射表面复合。

接下来,通过光刻和金属化方法来制造电注入的激光二极管。研究人员测量了低于和高于激光阈值的室温电致发光光谱。在阈值下工作,产生宽发射光谱。当电流达到0.35mA阈值时,239nm激光线开始出现。在阈值处,线宽约为0.9nm,但随着电流逐渐升高到约1.4mA,线宽逐渐升高到约1.4nm。

研究人员先前已经展示了在262nm和289nm发射的电注入AlGaN纳米线深紫外激光器。这些激光器具有高得多的组成调控,形成量子点状结构,产生仅仅几十微安的非常低的阈值电流。但是因为高组成调控抑制较短波长的激光发射,研究人员不得不提高组成均匀性,以在239nm产生激光发射。较高的均匀性导致量子点状性质消失,并将阈值电流提高到0.35mA。但是239nm的阈值电流仍然相当低,这将有助于实现基于激光的、电池供电的深紫外仪器。

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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