2016年12月14日，中科院半導體所集成光電子學國家重點實驗室趙德剛研究員的團隊研制出GaN基紫外激光器。GaN被稱為第三代半導體，在光電子學和微電子學領(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)用價值，也是國際上的研究熱點。GaN基紫外激光器技術(shù)難度很大，目前國際上僅有日本的日亞公司等極少數(shù)單位有產(chǎn)品或研究報道。紫外激光器的研制成功也是我國在GaN基藍光和綠光激光器突破之后取得的又一重要進展。
趙德剛研究員帶領(lǐng)的團隊長期致力于GaN基光電子材料和器件研究，對材料生長機理、材料物理和器件物理有自己的理解和認識，發(fā)現(xiàn)和解決了一系列激光器的關(guān)鍵問題：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)的補償機制，獲得了高質(zhì)量的p-GaN材料;設(shè)計出優(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制，實現(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行工藝合作，最終實現(xiàn)了GaN紫外激光器的室溫電注入激射。條寬為10 μm、腔長為600 μm的激光器閾值電流密度為1.6-2.0 kA/cm2，激射波長為392-395 nm，連續(xù)激射輸出光功率可達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照到復印紙上形成的藍色熒光光斑(紫外光人眼看不見，紫外激光照到復印紙上會發(fā)出藍色熒光)。
該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、科學挑戰(zhàn)計劃、中科院百人計劃等多個項目的支持。
趙德剛研究員帶領(lǐng)的團隊長期致力于GaN基光電子材料和器件研究，對材料生長機理、材料物理和器件物理有自己的理解和認識，發(fā)現(xiàn)和解決了一系列激光器的關(guān)鍵問題：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)的補償機制，獲得了高質(zhì)量的p-GaN材料;設(shè)計出優(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制，實現(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行工藝合作，最終實現(xiàn)了GaN紫外激光器的室溫電注入激射。條寬為10 μm、腔長為600 μm的激光器閾值電流密度為1.6-2.0 kA/cm2，激射波長為392-395 nm，連續(xù)激射輸出光功率可達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照到復印紙上形成的藍色熒光光斑(紫外光人眼看不見，紫外激光照到復印紙上會發(fā)出藍色熒光)。
該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、科學挑戰(zhàn)計劃、中科院百人計劃等多個項目的支持。
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 紫外激光器激射時照到復印紙上形成的藍色熒光光斑
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