氮化鎵(GaN)基材料被稱為第三代半導(dǎo)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(xué)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。GaN基紫外激光器由于波長短、光子能量大、散射強(qiáng)等特點(diǎn)，在紫外光刻、紫外固化、病毒檢測以及紫外通信等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。但由于GaN基紫外激光器基于大失配異質(zhì)外延材料技術(shù)制備而成，材料缺陷多、摻雜難、量子阱發(fā)光效率低、器件損耗大，是國際半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域研究的難點(diǎn)，受到了國內(nèi)外的極大關(guān)注。
 

中國科學(xué)院半導(dǎo)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(shí)現(xiàn)電注入激射AlGaN紫外激光器(357.9nm)【J. Semicond.43,1 (2022)】，同年，實(shí)現(xiàn)室溫連續(xù)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(tuán)隊(duì)在GaN基大功率紫外激光器方面又取得了重要進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了紫外激光器溫度特性差主要與紫外量子阱對(duì)載流子的限制作用弱有關(guān)，通過引入AlGaN量子壘新結(jié)構(gòu)等技術(shù)，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(xù)輸出功率進(jìn)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(dòng)器件國產(chǎn)化進(jìn)程，支撐國內(nèi)紫外光刻、紫外固化、紫外通信等領(lǐng)域的自主發(fā)展。
 

該成果發(fā)表以“Improving temperature characteristics of GaN-based ultraviolet laser diodes by using InGaN/AlGaN quantum wells”為題發(fā)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等多個(gè)項(xiàng)目的支持。
 

半導(dǎo)體所擁有兩個(gè)國家級(jí)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(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—半導(dǎo)體超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、集成光電子學(xué)國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、表面物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(半導(dǎo)體所區(qū))；一個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—光電子材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；兩個(gè)院級(jí)實(shí)驗(yàn)室(中心)—中國科學(xué)院半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院固態(tài)光電信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。此外，還設(shè)有半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)室、固態(tài)光電信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、半導(dǎo)體集成技術(shù)工程研究中心、光電子研究發(fā)展中心、寬禁帶半導(dǎo)體研發(fā)中心、人工智能與高速電路實(shí)驗(yàn)室、納米光電子實(shí)驗(yàn)室、光電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、全固態(tài)光源實(shí)驗(yàn)室和元器件檢測中心。