康奈爾大學開發出DUV光半導體激光器，可實現多種應用

2022-04-14 10:47:04來源：OFweek激光網關鍵詞：半導體激光器激光器閱讀量：22642

導讀：科學家和工程師們都在尋找更高質量、更高效的紫外光發射源，但要想實現這一點，半導體材料是一個挑戰。寬帶隙半導體表現出低載流子遷移率，大摻雜活化能，以及電子和空穴輸運之間的不對稱。該團隊通過使用AlGaN半導體材料系統來開發高質量的DUV發射器，并克服了這些挑戰。

　　近期，康奈爾大學的研究人員成功演示了一種光泵浦的鋁氮化鎵(AlGaN)基多模激光器，該激光器能夠以低模態線寬和波長低于300 nm的波長發出深紫外(DUV)光。這種DUV發射器可用于病原體檢測和滅菌、水凈化、氣敏、光刻、量子計算與計量。

　　科學家和工程師們都在尋找更高質量、更高效的紫外光發射源，但要想實現這一點，半導體材料是一個挑戰。寬帶隙半導體表現出低載流子遷移率，大摻雜活化能，以及電子和空穴輸運之間的不對稱。該團隊通過使用AlGaN半導體材料系統來開發高質量的DUV發射器，并克服了這些挑戰。

　　“眾所周知，這是一種合適的材料，但它是一個材料合成的問題。挑戰在于如何使材料足夠純凈，使它們真正有用，并能滿足激光的要求。”研究人員Len van Deurzen表示。

　　該團隊使用等離子體輔助分子束外延(一種晶體生長技術)來生長打造出高質量的氮化鋁(AlN)晶體。之后，他們采用分子束外延法在單晶AlN上生長出AlGaN雙異質結構。

　　研究人員們需要多個氮化鋁鎵層相互疊加，其中一個重要的參數是這些層之間的界面質量。他們可以在沒有雜質和位錯的情況下，生長出非常鋒利的界面。

　　Len van Deurzen在一個用于操作DUV激光發射設備的實驗室中工作。他領導了一個團隊，開發了一種DUV半導體激光器，該激光器具有廣泛的潛在用途，如在光刻技術中。

　　為了捕獲并激發發射的光，研究人員從堆疊層中創建了一個光學腔。利用外延AlN/AlGaN雙異質結構，他們制作了邊緣發射的脊基Fabry-Pérot空腔。他們通過結合的各向同性干濕蝕刻創造了垂直切面和脊壁。在康奈爾納米尺度科學技術設施的幫助下，van Deurzen在AlN芯片上以微米級諧振器的形式創建了腔體。

　　研究人員通過光抽運裝置演示了多模激光。雙異質結構Fabry-Pérot激光棒在室溫下表現出多模發射，峰值增益為284 nm，模態線寬為0.1 nm。根據研究人員的說法，這種線寬比使用分子束外延的紫外激光的類似器件精確一個數量級。

　　為了實現具有大正時或連續波模式能力的電注入DUV鋁氮化鎵(AlGaN)基激光二極管，重要的是要進行電子設計優化以最大化光學增益，以及波導設計和生長優化以保持較低的本征光損耗。因此，應用的生長技術及其化學和異質結構設計特性可用于進一步開發和改進電注入AlGaN激光二極管。

　　Debdeep Jena教授表示，下一步他們將使用相同的材料平臺來開發由電池電流驅動的激光，這是一種更實用的能源，用于商業上可用的發光設備。

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