发布于：2017/5/12 0:00:00 | 1183 次阅读
多年来，的短波长极限，已经从可见光谱的红光端移动到了近紫外波段。然而许多应用，例如用于化学和生物化学传感、表面分析和医学用途的拉曼光谱，可以受益于深紫外发射二极管的发展，这类激光二极管可以用电池供电，用于便携式仪器中。
激光二极管可以倍频和四倍频，以产生短于193nm波长的窄带输出深紫外光。虽然这些比其他类型的深紫外光源（如）更紧凑且用户友好，但是它们仍然不像常规激光二极管那么小巧、简单和低功耗。
最近，加拿大麦吉尔大学的研究人员制造出了一种氮化铝镓（AlGaN）激光二极管，其能够输出波长239nm的深紫外光，在室温下运行，并且为电泵浦。此外，该原型具有约0.35mA的非常低的阈值电流。
反向锥形纳米线
模拟研究表明，随机分布的AlGaN纳米线可以强烈约束在240nm光谱区域的深紫外光子。研究人员确定了反向锥形纳米线结构，以使通过下面的硅（Si）衬底的损耗最小。
在制造工艺中，纳米线自发地形成在Si衬底上，并且每个具有由n-GaN接触层、n-AlGaN覆层、AlGaN有源区、p-AlGaN覆层和p-GaN接触层组成的结构（如图1所示）。研究人员介绍说，由纳米线的随机排列引起的光子重复散射导致干涉，并因此导致强的光局域化。
图1：电注入AlGaN激光器由反向锥形纳米线的随机排列组成，如图中所示。
AlGaN纳米线的平均填充因子为0.55。由于纳米线的不均匀性和制造的不完善，实际电流注入和激光运行仅在其中约50%中发生。单根纳米线的计算腔体积和载流子复合体积分别为0.627μm3和0.165μm3。
首先，使用193nm波长的激发源进行室温光致发光（PL）研究。所得到的PL光谱在246nm处具有20nm带宽的发射峰，表明高达70%的Al组成和良好的Al均匀性。大约位于210nm处的第二个峰，表明AlN壳形成在AlGaN纳米线侧壁上，这有助于抑制非辐射表面复合。
接下来，通过光刻和金属化方法来制造电注入的激光二极管。研究人员测量了低于和高于激光阈值的室温电致发光光谱。在阈值下工作，产生宽发射光谱。当电流达到0.35mA阈值时，239nm激光线开始出现。在阈值处，线宽约为0.9nm，但随着电流逐渐升高到约1.4mA，线宽逐渐升高到约1.4nm。
研究人员先前已经展示了在262nm和289nm发射的电注入AlGaN纳米线深。这些激光器具有高得多的组成调控，形成量子点状结构，产生仅仅几十微安的非常低的阈值电流。但是因为高组成调控抑制较短波长的激光发射，研究人员不得不提高组成均匀性，以在239nm产生激光发射。较高的均匀性导致量子点状性质消失，并将阈值电流提高到0.35mA。但是239nm的阈值电流仍然相当低，这将有助于实现基于激光的、电池供电的深紫外仪器。
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