科学家展示了世界上第一个在室温下连续发射深紫外激光二极管的激光

由位于日本中部的名古屋大学可持续发展材料与系统研究所(IMaSS)的2014年诺贝尔奖获得者HiroshiAmano领导的研究小组与旭化成公司合作，成功地进行了世界上第一个室温连续波激光深-紫外激光二极管(波长低至UV-C区域)。

这些结果发表在AppliedPhysicsLetters上，代表着一项具有广泛应用潜力的技术朝着广泛应用迈出了一步，包括消毒和医学。

自1960年代推出以来，经过数十年的研究和开发，激光二极管(LD)终于成功商业化，用于波长范围从红外到蓝紫的多种应用。该技术的示例包括带有红外LD的光通信设备和使用蓝紫色LD的蓝光光盘。

然而，尽管世界各地的研究小组都做出了努力，但没有人能够开发出深紫外激光二极管。关键的突破是在2007年之后出现的，氮化铝(AlN)基板制造技术的出现，这是一种用于生长紫外发光器件的氮化铝镓(AlGaN)薄膜的理想材料。

从2017年开始，天野教授的研究小组与提供2英寸AlN基板的公司AsahiKasei合作，开始开发深紫外LD。起初，向设备注入足够的电流太困难了，阻碍了UV-C激光二极管的进一步发展。

但在2019年，研究小组使用极化诱导掺杂技术成功解决了这个问题。他们首次生产了一种以短脉冲电流工作的短波长紫外-可见(UV-C)LD。然而，这些电流脉冲所需的输入功率为5.2W。这对于连续波激光来说太高了，因为该功率会导致二极管快速升温并停止激光。

但现在，名古屋大学和旭化成的研究人员对设备本身的结构进行了改造，将激光器在室温下运行所需的驱动功率降低至仅1.1W。较早的设备被发现需要高水平的工作功率，因为​​激光条纹处出现的晶体缺陷导致无法提供有效的电流路径。但在这项研究中，研究人员发现强晶体应变会产生这些缺陷。

通过巧妙地剪裁激光条纹的侧壁，他们抑制了缺陷，实现了流向激光二极管有源区的高效电流并降低了工作功率。

名古屋大学的产学合作平台，称为未来电子综合研究中心，转换电子设施(C-TEF)，使新的紫外激光技术的发展成为可能。在C-TEF下，旭化成等合作伙伴的研究人员可以共享名古屋大学校园内最先进的设施，为他们提供构建可重现的高质量设备所需的人员和工具。

研究团队代表章子怡参与该项目的创立时，是在旭化成的第二年。“我想做一些新的事情，”他在接受采访时说。“当时每个人都认为深紫外激光二极管是不可能的，但天野教授告诉我，‘我们已经做到了蓝色激光，现在是紫外线的时候了’。”

该研究是全波长范围半导体激光器实际应用和发展的里程碑。未来，UV-CLD可应用于医疗保健、病毒检测、颗粒物测量、气体分析和高清激光加工。

“它在灭菌技术上的应用可能是开创性的，”张说。“与当前效率低下的LED消毒方法不同，激光可以在短时间内远距离对大面积区域进行消毒”。这项技术特别有利于需要消毒手术室和自来水的外科医生和护士。

应用物理快报的两篇论文报道了成功的结果。