半導(dǎo)體所研制出GaN基紫外激光器

　　12月14日，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所集成光電子學(xué)國家重點實驗室研究員趙德剛團隊研制出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，與中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所進行工藝合作，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(fù)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(fù)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(xué)基金、科學(xué)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(fù)印紙上形成的藍色熒光光斑