雷射二極體發出深紫外光

2020-11-23 騰訊網

遠場模式的UV-C雷射投射至螢光屏。

UV-C半導體雷射二極體的橫截面結構。

脈衝作用下，UV-C半導體雷射二極體的發射特徵。

據《應用物理學快報》雜誌近日報導，日本名古屋大學與旭化成公司合作，成功製造了一種能夠發射深紫外光的雷射二極體。

名古屋大學未來電子學綜合研究中心的Chiaki Sasaoka教授說：「在室溫下，向我們設計的雷射二極體中注入脈衝電流，它可以發射出271.8納米波長的雷射，這比此前的紫外雷射二極體的發射波長縮短了近60納米。」

能夠發射短波紫外線的雷射二極體被簡稱為UV-C，其波長範圍為200~280納米，可用於醫療消毒、皮膚病治療，以及氣體和DNA分析。

Chiaki Sasaoka教授等開發的深紫外雷射二極體克服了半導體器件研製過程中的若干問題。他們以高質量氮化鋁作為雷射二極體層的基底。研究人員表示，此舉非常必要，因為低質量的氮化鋁包含大量缺陷，會影響雷射二極體活性層將電能轉化為光能的效率。

在雷射二極體中，「p型」層和「n型」層被「量子阱」分隔開。當電流通過雷射二極體時，p型層中的正電荷空穴和n型層中的負電荷電子會向中心集結，最終以光子的形式釋放能量。研究人員對量子阱進行了設計，使它能發射出深紫外光。他們用氮化鎵鋁製備了p型層、n型層和覆層。覆層分別位於p型層和n型層兩側。研究人員以摻雜方式在n型層下方的覆層中加入了矽雜質，以分布極化摻雜的方式在p型層上方的覆層中加入了其它雜質。p型層一側的覆層設計為底部最高，逐漸向頂部遞減。研究人員認為，鋁梯度可增強正電空穴的流動。最後，研究人員製造了以鎂摻雜氮化鎵鋁為主的表面接觸層。實驗中，研究人員發現，脈衝電流只需滿足13.8伏特的低工作電壓即可使偏振摻雜的p型層發射出迄今為止最短波長的紫外線。

目前，Sasaoka教授團隊正在與旭化成公司進行聯合開發，以實現室溫條件下連續深紫外雷射的發射，進而開發出UV-C半導體雷射產品。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：alone

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    打開APP 日本名古屋大學與旭化成合作開發出一個雷射二極體 可發射迄今為止波長最短的紫外光 LEDinside 發表於 2020-03-19 15:36:23
  • 雷射二極體基本工作原理
    自發輻射，即使是兩個同時從某一高能態向低能態躍遷的粒子，它們發出光的相位、偏振狀態、發射方向也可能不同，但受激輻射就不同，當位於高能態的粒子在外來光子的激發下向低能態躍遷，發出在頻率、相位、偏振狀態等方面與外來光子完全相同的光。在雷射器中，發生的輻射就是受激輻射，它發出的雷射在頻率、相位、偏振狀態等方面完全一樣。
  • 雷射二極體參數與原理及應用
    自發輻射，即使是兩個同時從某一高能態向低能態躍遷的粒子，它們發出光的相位、偏振狀態、發射方向也可能不同，但受激輻射就不同，當位於高能態的粒子在外來光子的激發下向低能態躍遷，發出在頻率、相位、偏振狀態等方面與外來光子完全相同的光。在雷射器中，發生的輻射就是受激輻射，它發出的雷射在頻率、相位、偏振狀態等方面完全一樣。
  • 普通發光二極體和雷射二極體的區別
    這種利用注入式電致發光原理製作的二極體叫發光二極體，簡稱LED。LED常用於家用電器的指示燈，汽車後防霧燈等方面，具有使用壽命長，光電轉換效能高等特點。LD是雷射二極體的英文縮寫，雷射二極體的物理架構是在發光二極體的結間安置一層具有光活性的半導體，其端面經過拋光後具有部分反射功能，因而形成一光諧振腔。
  • 雷射二極體的工作原理
    雷射二極體就是可以產生雷射的一種半導體二極體，其產生雷射的三個條件是：實現粒子數反轉、滿足閾值條件和諧振條件。由於雷射二極體具有極高的靜電敏感性，所在在使用時要注意防靜電。 　　雷射二極體本質上是一個半導體二極體，按照PN結材料是否相同，可以把雷射二極體分為同質結、單異質結（SH）、雙異質結（DH）和量子阱（QW）雷射二極體。 　　量子阱雷射二極體具有閾值電流低，輸出功率高的優點，是目前市場應用的主流產品。
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    發光二極體發出的光子的方向，相位是隨機的，雷射二極體發出的光子是同方向，同相位。LED是 Light Emitting Diode（發光二極體）的縮寫。廣泛見於日常生活中，如家用電器的指示燈，汽車後防霧燈等。LED的最顯著特點是使用壽命長，光電轉換效能高。
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