半导体所研制出GaN基紫外激光器

2016年12月14日，半导体所集成光电子学国家重点实验室赵德刚研究员的团队研制出GaN基紫外激光器。GaN被称为第三代半导体，在光电子学和微电子学领域有广泛的应用，其中GaN基紫外激光器在紫外固化、紫外杀菌等领域有重要的应用价值，也是国际上的研究热点。GaN基紫外激光器技术难度很大，目前国际上仅有日本的日亚公司等极少数单位有产品或研究报道。紫外激光器的研制成功也是我国在GaN基蓝光和绿光激光器突破之后取得的又一重要进展。

赵德刚研究员带领的团队长期致力于GaN基光电子材料和器件研究，对材料生长机理、材料物理和器件物理有自己的理解和认识，发现和解决了一系列激光器的关键问题：掌握了InGaN量子阱局域态调控和缺陷抑制方法，提高了发光效率；阐明了碳杂质的补偿机制，获得了高质量的p-GaN材料；设计出优化的器件结构，减小了吸收损耗和电子泄漏；利用变程跳跃的物理机制，实现了良好的p-GaN欧姆接触；解决了同质外延中衬底翘曲的难题，采用MOCVD生长出高质量的器件结构。在此基础上，与中科院苏州纳米所进行工艺合作，最终实现了GaN紫外激光器的室温电注入激射。条宽为10 μm、腔长为600 μm的激光器阈值电流密度为1.6-2.0 kA/cm2，激射波长为392-395 nm，连续激射输出光功率可达80 mW。图1为紫外激光器的激射光谱，图2为P-I曲线，图3为紫外激光器激射时照到复印纸上形成的蓝色荧光光斑（紫外光人眼看不见，紫外激光照到复印纸上会发出蓝色荧光）。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、科学挑战计划、中科院百人计划等多个项目的支持。

图1  GaN基紫外激光器激射光谱

图2  GaN基紫外激光器的P-I曲线

图3 紫外激光器激射时照到复印纸上形成的蓝色荧光光斑