研究團隊成功進行了全球首次深紫外激光二極管的室溫連續波激光發射。

據《激光制造網》了解，近日，《Applied Physics Letters（應用物理學快報）》發表了兩篇關于室溫下連續發射深紫外激光二極管的研究論文，由中國工程院外籍院士、日本工程院院士、美國國家工程院院士、2014年諾貝爾物理獎得主、名古屋大學未來材料與系統研究所教授天野浩領導的研究小姐與日本化工企業旭化成公司合作，在室溫狀態下，首次成功進行了世界上連續波深-紫外激光二極管（波長低至UV-C區域）的發射。

這些結果標志著一項具有廣泛應用潛力的技術朝著應用邁出了一步，比如消毒和醫藥領域。

2014年諾貝爾物理獎得主、中國工程院外籍院士、日本工程院院士、美國國家工程院院士、名古屋大學未來材料與系統研究所教授天野浩

自20世紀60年代推出以來，經過數十年的研究和開發，激光二極管（LD）終于成功實現了商業化，適用于從紅外到藍紫的多種應用。該技術的示例包括具有紅外LD的光通信設備和使用藍紫LD的藍光光盤。然而，盡管世界各地的研究小組做出了努力，但沒有人能夠開發出深紫外激光二極管。關鍵的突破發生在2007年之后，因為制造氮化鋁基板制造技術（AlN）出現了——氮化鋁基板是生產紫外發光器件用氮化鋁鎵（AlGaN）膜的理想材料。

從2017年開始，天野浩教授的研究小組與提供2英寸AlN襯底的旭化成公司合作，開始開發深紫外LD。起初，向裝置中注入足夠的電流太困難，阻礙了UV-C激光二極管的進一步發展。但在2019年，該研究小組使用極化誘導摻雜技術成功解決了這一問題。他們第一次制造了一種短波長紫外-可見光（UV-C）激光器，該激光器以短脈沖電流工作。然而，這些電流脈沖所需的輸入功率為5.2W。這對于連續波激光來說太高了，因為該功率會導致二極管快速升溫并停止激射。

但現在，名古屋大學和旭化成公司的研究人員已經重造了設備本身的結構，將激光器在室溫下運行所需的驅動功率降低至僅 1.1W。早期的器件被發現需要高水平的工作功率，這是因為激光條紋處出現的晶體缺陷，導致無法提供有效的電流路徑。但在這項研究中，研究人員發現，強晶體應變造成了這些缺陷。通過巧妙地剪裁激光條紋的側壁，它們抑制了缺陷，實現了流向激光二極管有源區的有效電流，并降低了工作功率。

名古屋大學的產學合作平臺——未來電子集成研究中心的轉換電子設施（C-TEF）使新的紫外激光技術的發展成為可能。在C-TEF下，旭化成公司等合作伙伴的研究人員可以共享名古屋大學校園內最先進的設施，為他們提供制造可復制的高質量設備所需的人員和工具。

這項研究在所有波長范圍的半導體激光器的實際應用和發展中具有里程碑意義。未來，UV-C激光二極管可以應用于醫療保健、病毒檢測、顆粒物測量、氣體分析和高清激光處理。“它在殺菌技術上的應用可能是開創性的，”一位團隊成員說，“與當前的LED消毒方法不同，激光可以在短時間內遠距離對大面積區域進行消毒”。

參考文獻：

“Key temperature-dependent characteristics of AlGaN-based UV-C laser diode and demonstration of room-temperature continuous-wave lasing” by Ziyi Zhang, Maki Kushimoto, Akira Yoshikawa, Koji Aoto, Chiaki Sasaoka, Leo J. Schowalter and Hiroshi Amano, 24 November 2022, Applied Physics Letters.DOI: 10.1063/5.0124480

“Local stress control to suppress dislocation generation for pseudomorphically grown AlGaN UV-C laser diodes” by Maki Kushimoto, Ziyi Zhang, Akira Yoshikawa, Koji Aoto, Yoshio Honda, Chiaki Sasaoka, Leo J. Schowalter and Hiroshi Amano, 24 November 2022, Applied Physics Letters.DOI: 10.1063/5.0124512