近年來，全球新冠肺炎疫情對人類生命健康和國民經(jīng)濟造成重大威脅。深紫外固態(tài)光源由于具備快速消殺、壽命長、體積小、不含汞等顯著的性能優(yōu)勢，為研發(fā)高效便攜的抗疫利器提供技術(shù)保障。然而，受當前研發(fā)水平所限，絕大多數(shù)消殺用途的深紫外光源工作在260~280 nm波長，對人體皮膚組織產(chǎn)生一定的穿透性。最新的研究發(fā)現(xiàn)，當使用波長短于250 nm的遠紫外C區(qū)光線時，既能高效地滅活病原體，又不會穿透人的皮膚和眼睛，可以作為病毒消殺更理想的光源。

近日，在第八屆國際第三代半導(dǎo)體論壇（IFWS）&第十九屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA）召開的“光醫(yī)療與健康應(yīng)用技術(shù)分論壇”上，廈門大學(xué)副教授高娜做了題為“基于AlN/GaN超短周期超晶格的深紫外短波光發(fā)射調(diào)控”的主題報告，分享了精細多晶面調(diào)控倒棱錐臺增強234 nm深紫外光發(fā)射、應(yīng)力工程調(diào)控短至220 nm波長深紫外光發(fā)射的研究進展與成果。 

報告指出，III族氮化物AlGaN具有寬帶隙可調(diào)的特點，其響應(yīng)波長可拓展至遠紫外C區(qū)，已成為短波深紫外固態(tài)光源的首選材料。但當波長短于250 nm時，AlGaN半導(dǎo)體中的Al組分不斷提高，使得材料生長控制難度增大，同時光學(xué)各向異性顯著、界面全反射等問題突出，嚴重限制了深紫外光子的有效提取。因此，如何突破高Al組分AlGaN量子結(jié)構(gòu)光發(fā)射的天然屬性制約，對于遠紫外C區(qū)光源的開發(fā)和應(yīng)用具有重要意義。

研究在前期利用單體分選生長技術(shù)所制備的超短周期(AlN)₈/(GaN)₂超晶格基礎(chǔ)之上，通過納米壓印、干法刻蝕及濕法腐蝕等技術(shù)形成(0001)、(10-13)及(20-21)等多組晶面角度精細可控的倒棱錐/臺納米結(jié)構(gòu)。有趣的是，這些晶面能夠控制深紫外234 nm光波在納米結(jié)構(gòu)中的傳播和提取模式，有效突破傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)中出射光錐角較小這一限制，大幅提高了深紫外光的提取效率。當引入晶面可控的倒棱錐/臺結(jié)構(gòu)后，TM和TE偏振光相比于平面結(jié)構(gòu)分別增強了5.6倍和1.1倍，深紫外234 nm波長處總發(fā)光強度提高了近2倍。進一步地，為了實現(xiàn)更短波長深紫外光發(fā)射的調(diào)控，研究對GaN阱層施加一定的壓縮應(yīng)力，有效增大其禁帶寬度。研究表明，(AlN)₈/(GaN)₂的波長可以從平面結(jié)構(gòu)的231 nm逐步藍移至220 nm，超越了平面短周期超晶格結(jié)構(gòu)及傳統(tǒng)同組分AlGaN三元混晶。這些研究為推動深紫外AlGaN短波長發(fā)光器件的發(fā)展提供有效的技術(shù)方案。