打造更优异的 UVB 激光器

更卓越的载流子注入效率与"铝含量降低"架构,显著提升了波长约 300 纳米激光器的性能。一个主要由名城大学(Meijo University)工程师组成的日本合作团队宣称,他们在 UVB 波段运行的激光器性能方面取得了重大突破。

该团队所研发的器件,其波长范围处于 298 纳米至 319 纳米之间,具备诸多优势。其注入效率达 42%至 52%,相较于先前的极化掺杂 UV 激光二极管,提升了三倍有余;峰值光输出功率可达 570 毫瓦。

此篇论文的主要作者 Takumu Saito 表示,这样的性能水平已趋近一些应用所需的指标,例如采用脉冲模式运行的光谱学和荧光激发。Saito 还补充道:"此外,我们近期在一种密切相关的 UVB 激光二极管结构中实现了连续波(Continuous - wave)激射。目前这些正处于评审阶段的成果,被视作迈向实际应用的又一重要里程碑。"

然而,Saito 指出,若要将这些光源应用于更广泛的领域,仍需进一步提升性能。内部光损耗必须降至 30 - 50 厘米⁻¹,激光器必须克服光灾变损伤(COD)阈值,同时还需应对热管理、连续波稳定性、器件寿命和工艺良率等方面的挑战。

深紫外激光二极管的性能受富铝(aluminium - rich)包层的制约,这些包层难以同时达成低电阻率和高空穴浓度。故而,实现高效的载流子注入和稳定的激光运行极为困难。

为解决这一弊端,众多 UVB 和 UVC 激光开发者转而采用"极化掺杂"(polarisation doping)技术,通过对 p 型包层中的 AlN 摩尔分数进行线性分级来提供空穴。然而,这种方法是以较低的载流子注入效率为代价的------对于 UVB 激光二极管而言,这一效率通常仅约为 15%。

载流子注入效率低下的缘由在于过量的电子泄漏。这是因为在电子阻挡层(electron - blocking layer)和 p 侧波导层之间的 AlN 摩尔分数不连续处形成了强烈的固定极化电荷。这些电荷极具破坏性,降低了有效的电子势垒高度,致使电子溢出,进而阻碍了电子注入效率。

解决这一问题的一个颇具前景的方案是"铝含量降低"(aluminium - content - drop)方案,即有意降低紧邻电子阻挡层的 p - AlGaN 层的 AlN 摩尔分数。然而,这种方法的成功或许会因异质界面处铝和镓原子的无意扩散而受阻,从而导致成分涂抹(compositional sme)。

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