11月24日，國外一組研究團隊宣布，他們成功地演示了世界上第一個室溫下的深紫外激光二極管（波長到UV－C區(qū)域）的連續(xù)波激光。這項成果代表著這種技術(shù)向未來廣泛的應用邁出了一步，包括滅菌和一系列醫(yī)學場景。

 

當天，相關(guān)的兩篇研究論文發(fā)表于《應用物理快報》（Applied Physics Letters）雜志上。該研究項目由2014年諾貝爾獎得主天野浩（Hiroshi Amano）領(lǐng)導的名古屋大學可持續(xù)材料和系統(tǒng)研究所（IMaSS）下一支研究小組以及日本旭化成株式會社（Asahi Kasei Corporation）合作開展。

 

自20世紀60年代引入以來，經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，激光二極管（LDs）終于成功實現(xiàn)了商業(yè)化，并應用于從紅外到藍紫色的許多波長的應用，這種技術(shù)的例子包括帶有紅外激光二極管的光通信設備和使用藍紫色二極管的藍光光盤。然而，在全球科研人員的努力下，卻遲遲沒有人能開發(fā)出深紫外線二極管。直到2007年之后，氮化鋁（AlN）襯底技術(shù)成為了一個關(guān)鍵的突破，它是一種用于生長紫外發(fā)光器件的氮化鋁鎵（AlGaN）薄膜的理想材料。自那以后，科學家們獲得了更多推進深紫外二極管研發(fā)的動力。

 

從2017年開始，天野浩（Hiroshi Amano）教授的研究小組與提供2英寸AlN基板的日本旭化成株式會社合作，開始開發(fā)深紫外線二極管。起初，他們發(fā)現(xiàn)向設備中注入足夠的電流太難，該團隊開發(fā)UV－C激光二極管的步伐一度遭到阻滯。但在2019年，該研究小組使用極化誘導摻雜技術(shù)成功解決了這一問題。他們第一次產(chǎn)生了一種短波紫外可見（UV－C）二極管，它與短脈沖電流一起工作。然而，這些電流脈沖所需的輸入功率為5．2W——這對于連續(xù)波激光而言功率太高了，會導致二極管迅速升溫并停止出光。

 

但最近，來自名古屋大學和日本旭化成株式會社的研究人員已經(jīng)改造了設備本身的結(jié)構(gòu)，降低了激光器在室溫下僅1．1W工作所需的驅(qū)動功率。早期的器件被發(fā)現(xiàn)需要高水平的工作功率，因為無法形成有效的電流路徑，而這又是因為激光條紋存在晶體缺陷。

 

但在上述這項最新的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)強晶體應變造成了這些缺陷。通過巧妙地剪裁激光條紋的側(cè)壁，他們抑制了缺陷，實現(xiàn)了有效的電流流到激光二極管的有源區(qū)域，降低了工作功率。

 

名古屋大學的產(chǎn)學研合作平臺——未來電子綜合研究中心轉(zhuǎn)化電子設施（C－TEFs），使這種紫外線激光技術(shù)的新發(fā)展成為了可能。在C－TEFs的支持下，來自日本旭化成株式會社等合作伙伴的研究人員能夠共享名古屋大學校園內(nèi)的最先進設施，為他們提供制造可復制的高質(zhì)量設備所需的人員和工具。

 

該研究對半導體激光器在所有波長范圍內(nèi)的實際應用和發(fā)展具有里程碑意義，對于需要消毒手術(shù)室的外科醫(yī)生和護士而言尤其有利。未來，UV－C激光器可以應用于醫(yī)療保健、病毒檢測、顆粒測量、氣體分析和高清激光處理。該研究小組的代表Zhang Ziyi在參與項目創(chuàng)建時，正在日本旭化成株式會社讀二年級。他表示“它在滅菌技術(shù)中的應用可能是突破性的。與目前低效的LED殺菌方法不同，激光可以在短時間內(nèi)、遠距離范圍對大面積區(qū)域進行消毒。”