近日，日本研究研究團隊制造出一種基于AlGaN的垂直深紫外發光半導體激光設備，有望應用于激光加工、生物技術和醫學領域。

眾所周知，紫外線（UV）是波長范圍為100至380nm的電磁波。這些波長可分為三個區域：UV－A（315－380 nm）、UV－B（280－315 nm）和UV－C（100－280 nm），后兩個區域包含深紫外線。

在紫外線區域發射的激光光源，如氣體激光器和基于釔鋁石榴石激光器諧波的固體激光器，可廣泛應用于生物技術、皮膚病治療、紫外線固化工藝和激光加工。但是此類激光器存在著體積大、功耗高，波長范圍有限、效率低等缺陷。

近年來，隨著制造技術的不斷發展，同時促進了通過注入電流產生光的高性能半導體激光器的發展。其中包括基于半導體材料氮化鋁鎵AlGaN的紫外發光器件。

然而，它們在深紫外區的最大光輸出功率僅約為150mW，遠遠低于醫療和工業應用所需的功率。增加器件的注入電流對于提高輸出功率至關重要。這需要增加器件尺寸，同時需要確保器件中電流均勻流動。

在這一研究背景下，由名城大學材料科學與工程系巖屋元明教授領導的日本研究團隊成功開發出高性能垂直AlGaN型紫外線－B半導體激光二極管。

該研究發表在《應用物理快報》雜志上。 巖屋元明教授曾表示，現有的基于AlGaN的深紫外激光器利用藍寶石和AlN等絕緣材料來獲得高質量晶體。

但是因為電流在這些設備中是橫向流動的，為了提高它們的光輸出，科學家探索了垂直器件，在一個p－n結中，p－電極和n－電極面對面。但是在過去的幾年里，垂直配置一直被用于實現大功率半導體器件。

但是針對在半導體激光器的方面，這種配置的發展一直停滯不前，并且在基于氮化鋁的深紫外發光器件方面尚未實現。

為此，研究人員首先在藍寶石襯底上制造出高質量的氮化鋁。隨后形成周期性的氮化鋁納米柱，并沉積出基于氮化鋁的激光結構。

研究團隊利用基于脈沖固體激光器的創新激光剝離技術，將器件結構從基底上剝離下來。

他們還開發了一種半導體工藝來制造激光振蕩所需的電極、限流結構和絕緣層，并開發了一種使用刀片的劈裂方法來形成出色的光學諧振器。

由此制造出的基于AlGaN深紫外－B半導體激光二極管具有新穎獨特的特性。其可在室溫下工作，在298．1nm波長處發出極其銳利的光，具有明確的閾值電流和較強的橫向電偏振特性。

研究人員還觀察到激光特有的光斑狀遠場模式，證實了器件的振蕩。

該研究表明垂直器件能夠為大功率器件的運行提供高電流。

未來，將在電動汽車和人工智能的新型高成本效益制造工藝等方面發揮更大的作用。并且研究人員也希望基于氮化鋁的垂直紫外激光器能在醫療和制造領域得到實際應用。








審核編輯：劉清