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2016年12月14日，中科院半導(dǎo)體所集成光電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙德剛研究員的團(tuán)隊(duì)研制出GaN基紫外激光器。GaN被稱為第三代半導(dǎo)體，在光電子學(xué)和微電子學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，其中GaN基紫外激光器在紫外固化、紫外殺菌等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值，也是國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。GaN基紫外激光器技術(shù)難度很大，目前國(guó)際上僅有日本的日亞公司等極少數(shù)單位有產(chǎn)品或研究報(bào)道。紫外激光器的研制成功也是我國(guó)在GaN基藍(lán)光和綠光激光器突破之后取得的又一重要進(jìn)展。

趙德剛研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于GaN基光電子材料和器件研究，對(duì)材料生長(zhǎng)機(jī)理、材料物理和器件物理有自己的理解和認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)和解決了一系列激光器的關(guān)鍵問(wèn)題：掌握了InGaN量子阱局域態(tài)調(diào)控和缺陷抑制方法，提高了發(fā)光效率;闡明了碳雜質(zhì)的補(bǔ)償機(jī)制，獲得了高質(zhì)量的p-GaN材料;設(shè)計(jì)出優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)，減小了吸收損耗和電子泄漏;利用變程跳躍的物理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了良好的p-GaN歐姆接觸;解決了同質(zhì)外延中襯底翹曲的難題，采用MOCVD生長(zhǎng)出高質(zhì)量的器件結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，與中科院蘇州納米所進(jìn)行工藝合作，最終實(shí)現(xiàn)了GaN紫外激光器的室溫電注入激射。條寬為10 μm、腔長(zhǎng)為600 μm的激光器閾值電流密度為1.6-2.0 kA/cm2，激射波長(zhǎng)為392-395 nm，連續(xù)激射輸出光功率可達(dá)80 mW。圖1為紫外激光器的激射光譜，圖2為P-I曲線，圖3為紫外激光器激射時(shí)照到復(fù)印紙上形成的藍(lán)色熒光光斑(紫外光人眼看不見(jiàn)，紫外激光照到復(fù)印紙上會(huì)發(fā)出藍(lán)色熒光)。

該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、科學(xué)挑戰(zhàn)計(jì)劃、中科院百人計(jì)劃等多個(gè)項(xiàng)目的支持。

圖1 GaN基紫外激光器激射光譜

圖2 GaN基紫外激光器的P-I曲線

圖3 紫外激光器激射時(shí)照到復(fù)印紙上形成的藍(lán)色熒光光斑

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中科院半導(dǎo)體所研制出GaN基紫外激光器