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近日，半導(dǎo)體所集成光電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙德剛研究員團(tuán)隊(duì)研制出氮化鎵（GaN）基大功率紫外激光器，室溫連續(xù)輸出功率2W，電注入激射波長(zhǎng)384 nm。這是趙德剛研究員團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)小于360nm的AlGaN紫外激光器突破之后取得的又一重要進(jìn)展。

GaN基紫外激光器由于波長(zhǎng)短、光子能量大，在消毒殺菌、病毒檢測(cè)、激光加工、紫外固化等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。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，缺陷多、發(fā)光效率低，器件研制難度大。瓦級(jí)大功率紫外激光器一直是國(guó)際相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，但關(guān)鍵技術(shù)尚未完全攻克。大功率紫外激光器是國(guó)際公認(rèn)的技術(shù)壁壘。

趙德剛研究員團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)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。2021年以來對(duì)紫外激光器材料生長(zhǎng)機(jī)理和器件物理有了更深入的理解和認(rèn)識(shí)，解決了高Al組分AlGaN的p摻雜難題，降低了器件自加熱作用，最終制備室溫連續(xù)工作的大功率紫外激光器。其脊型尺寸15×1200μm，室溫連續(xù)輸出功率2W，激射波長(zhǎng)384nm，閾值1.38kA/cm2。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。該成果發(fā)表在Optics Letters上 [楊靜、趙德剛等，Optics Letters 47, 1666-1668 (2022) https://doi.org/10.1364/OL.454340]，被選為“Editor’s Pick”文章。瓦級(jí)大功率紫外激光器的成功制備標(biāo)志著我們已經(jīng)具備研制大功率紫外激光器的能力，并有望實(shí)現(xiàn)大功率紫外激光器的國(guó)產(chǎn)化，此工作具有重要的科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院青促會(huì)、北京市科委和中科院先導(dǎo)專項(xiàng)等多個(gè)項(xiàng)目的支持。

圖1 GaN基紫外激光器激射譜

圖2 GaN基紫外激光器P-I-V曲線

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國(guó)內(nèi)GaN基大功率紫外激光器取得新突破