【儀表網 研發快訊】氮化鎵(GaN)基材料被稱為第三代半導體，其光譜范圍覆蓋了近紅外、可見光和紫外全波段，在光電子學領域有重要的應用價值。GaN基紫外激光器由于波長短、光子能量大、散射強等特點，在紫外光刻、紫外固化、病毒檢測以及紫外通信等領域有重要的應用前景。但由于GaN基紫外激光器基于大失配異質外延材料技術制備而成，材料缺陷多、摻雜難、量子阱發光效率低、器件損耗大，是國際半導體激光器領域研究的難點，受到了國內外的極大關注。
中國科學院半導體研究所趙德剛研究員、楊靜副研究員長期聚焦于GaN基光電子材料與器件研究。2016年研制出GaN基紫外激光器【J. Semicond. 38, 051001 (2017)】，2022年實現電注入激射AlGaN紫外激光器(357.9nm)【J. Semicond.43,1 (2022)】，同年，實現室溫連續輸出功率3.8W的大功率紫外激光器【Opt. Laser Technol. 156, 108574 (2022)】。近期，本團隊在GaN基大功率紫外激光器方面又取得了重要進展，發現了紫外激光器溫度特性差主要與紫外量子阱對載流子的限制作用弱有關，通過引入AlGaN量子壘新結構等技術，顯著改善大功率紫外激光器的溫度特性，紫外激光器的室溫連續輸出功率進一步提高到4.6W，激射波長386.8nm。圖1為大功率紫外激光器的激射光譜，圖2為紫外激光器的光功率-電流-電壓(P-I-V)曲線。GaN基大功率紫外激光器的突破將推動器件國產化進程，支撐國內紫外光刻、紫外固化、紫外通信等領域的自主發展。
該成果發表以“Improving temperature characteristics of GaN-based ultraviolet laser diodes by using InGaN/AlGaN quantum wells”為題發表于Optics Letters上[Optics Letters 49, 1305 (2024) https://doi.org/10.1364/OL.515502 ]。楊靜副研究員為論文的第一作者，趙德剛研究員為論文的通訊作者。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項等多個項目的支持。
半導體所擁有兩個國家級研究中心—國家光電子工藝中心、光電子器件國家工程研究中心；三個國家重點實驗室—半導體超晶格國家重點實驗室、集成光電子學國家重點聯合實驗室、表面物理國家重點實驗室(半導體所區)；一個重點實驗室—光電子材料與器件重點實驗室；兩個院級實驗室(中心)—中國科學院半導體材料科學重點實驗室和中國科學院固態光電信息技術重點實驗室。此外，還設有半導體物理實驗室、固態光電信息技術實驗室、半導體集成技術工程研究中心、光電子研究發展中心、寬禁帶半導體研發中心、人工智能與高速電路實驗室、納米光電子實驗室、光電系統實驗室、全固態光源實驗室和元器件檢測中心。
圖1 大功率紫外激光器的激射光譜
圖2 紫外激光器的光功率-電流-電壓(P-I-V)曲線
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