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(tài)線寬和波長低于300 nm的波長發(fā)出深紫外(duv)光。這種duv發(fā)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(fā)射源，但要想實現這一點，半導體材料是一個挑戰(zhàn)。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(tǒng)來開發(fā)高質量的duv發(fā)射器，并克服了這些挑戰(zhàn)。
“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(zhàn)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(fā)射設備的實驗室中工作。他領導了一個團隊，開發(fā)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(fā)發(fā)射的光，研究人員從堆疊層中創(chuàng)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(fā)射的脊基fabry-pérot空腔。他們通過結合的各向同性干濕蝕刻創(chuàng)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(chuàng)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(fā)射，峰值增益為284 nm，模態(tài)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(xù)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(yōu)化以最大化光學增益，以及波導設計和生長優(yōu)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(fā)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(fā)由電池電流驅動的激光，這是一種更實用的能源，用于商業(yè)上可用的發(fā)光設備。
原標題：康奈爾大學開發(fā)出duv光半導體激光器，可實現多種應用