科學家們已經成功地進行了世界上第一次深紫外激光二極管（波長低至紫外-C區(qū)域）的室溫連續(xù)波放電。這些結果代表著向廣泛使用這項技術邁出了一步，該技術具有廣泛的應用潛力，包括消毒和醫(yī)療。

這項研究成果今天（11月24日）發(fā)表在期刊《應用物理學通訊》上，由2014年諾貝爾獎得主天野浩領導的研究小組與旭化成公司合作，在日本中部的名古屋大學材料與系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展研究所（IMaSS）進行。

自20世紀60年代推出以來，經過幾十年的研究和開發(fā)，激光二極管（LD）終于成功實現了商業(yè)化，用于波長從紅外到藍紫色的一些應用。這種技術的例子包括使用紅外LD的光通信設備和使用藍紫色LD的藍光光盤。然而，盡管世界各地的研究小組都在努力，但沒有人能夠開發(fā)出深紫外LD。2007年以后，隨著制造氮化鋁（AlN）基板的技術的出現，才出現了一個關鍵的突破，這是一種用于生長紫外發(fā)光器件的氮化鋁（AlGaN）薄膜的理想材料。

科學家們在世界范圍內首次展示了深紫外激光二極管在室溫下的連續(xù)波放電。資料來源：Issey Takahashi

從2017年開始，天野教授的研究小組與提供2英寸AlN基板的旭化成公司合作，開始開發(fā)深紫外LD。起初，向設備中充分注入電流過于困難，阻礙了紫外-C激光二極管的進一步發(fā)展。但在2019年，該研究小組利用極化誘導的摻雜技術成功地解決了這個問題。他們首次生產出了一種短波長的紫外線-可見光（UV-C）LD，該器件以短脈沖電流運行。然而，這些電流脈沖所需的輸入功率為5.2瓦。這對于連續(xù)波發(fā)光來說太高了，因為功率會導致二極管迅速升溫并停止發(fā)光。

但是現在，來自名古屋大學和旭化成的研究人員已經重塑了設備本身的結構，減少了激光器所需的驅動功率，使其在室溫下的工作功率僅為1.1W。早期的設備被發(fā)現需要很高的工作功率，因為由于激光條紋處出現的晶體缺陷而無法形成有效的電流路徑。但在這項研究中，研究人員發(fā)現，強烈的晶體應變產生了這些缺陷。通過巧妙地裁剪激光條紋的側壁，他們抑制了這些缺陷，實現了有效的電流流向激光二極管的活性區(qū)域，并降低了工作功率。

名古屋大學的產學合作平臺，即未來電子學綜合研究中心、變革性電子設施（C-TEFs），使新的紫外激光技術的開發(fā)成為可能。在C-TEFs下，來自旭化成等合作伙伴的研究人員可以共享名古屋大學校園內最先進的設施，為他們提供建造可重復的高質量設備所需的人員和工具。研究小組的代表Zhang Ziyi在參與項目創(chuàng)建時，正在旭化成公司讀二年級。"我想做一些新的事情，"他在接受采訪時說。"當時大家都認為深紫外激光二極管是不可能的，但天野教授告訴我，'我們已經做到了藍色激光，現在是紫外線的時候了'。"

這項研究是所有波長范圍的半導體激光器的實際應用和發(fā)展的一個里程碑。未來，紫外-C激光器可應用于醫(yī)療保健、病毒檢測、顆粒物測量、氣體分析和高清激光處理。"它在消毒技術方面的應用可能是開創(chuàng)性的，"Zhang說。"與目前的LED消毒方法不同，它的時間效率很低，激光可以在短時間內進行大面積的消毒，而且距離很遠"。這項技術可能特別有利于需要消毒手術室和自來水的外科醫(yī)生和護士。

成功的結果已在《應用物理學通訊》雜志的兩篇論文中報告。