瑞典科學(xué)家研發(fā)用于消毒和醫(yī)療領(lǐng)域的超短波長VCSEL

據(jù)麥姆斯咨詢報道，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)(Chalmers University of Technology)與柏林工業(yè)大學(xué)的研究人員展示了迄今為止所報道的垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)最短波長：中波紫外線(280-320 nm，UVB)，未來可用于消毒和醫(yī)療等應(yīng)用。該項(xiàng)成果最近發(fā)表于科學(xué)雜志ACS Photonics。

該論文第一作者、微技術(shù)與納米科學(xué)系光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室學(xué)生Filip Hjort博士說：“盡管還有很多工作要做，特別是要讓器件實(shí)現(xiàn)電學(xué)驅(qū)動，但該演示為實(shí)現(xiàn)覆蓋大部分紫外光譜范圍的實(shí)用VCSEL產(chǎn)品奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！?/p>

VCSEL是一種緊湊型半導(dǎo)體激光器，已廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)的人臉識別和數(shù)據(jù)中心的光通信等應(yīng)用中。到目前為止，市場主要供應(yīng)工作于紅外波段的紅色激光器，以及可見光波段的VCSEL，已經(jīng)在汽車自適應(yīng)大燈、投影顯示器得到應(yīng)用，將很快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

“如果可以將波長范圍進(jìn)一步擴(kuò)大到紫外線(UV)，那么VCSEL的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛。紫外線可以用于消毒、材料固化、熒光激發(fā)和醫(yī)療，而紫外線VCSEL可用于如緊湊型消毒系統(tǒng)以及皮膚疾病治療。”Filip Hjort說。

為了實(shí)現(xiàn)上述應(yīng)用所需的中波紫外線(280-320 nm，UVB)和短波紫外線(200-280 nm，UVC)的發(fā)射波長，激光介質(zhì)必須采用鋁鎵氮化物(AlGaN)。微技術(shù)與納米科學(xué)系光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室教授?sa Haglund的研究小組曾與柏林工業(yè)大學(xué)的合作者展示過一種電化學(xué)刻蝕方法，該方法可用于選擇性刻蝕特定AlGaN層。兩個研究小組在當(dāng)前的工作中利用這種方法實(shí)現(xiàn)了全球首款光泵浦UVB發(fā)射VCSEL。

UVB VCSEL結(jié)構(gòu)、表面形貌和外延結(jié)構(gòu)展示。(a)UVB VCSEL結(jié)構(gòu)示意圖;(b)金屬極性Al0.6Ga0.4N的原子力顯微鏡圖像;(c)通過電化學(xué)刻蝕犧牲層后暴露N極性表面的原子力顯微鏡圖像;(d)外延層結(jié)構(gòu)，多層犧牲層標(biāo)記為紅色。

“通過使用電化學(xué)刻蝕技術(shù)去除襯底并制造出光滑的AlGaN膜，我們解決了紫外線VCSEL長期存在的問題。VCSEL需要兩面反射率超過99%的反射鏡，這些反射鏡可以采用外延生長或介電材料制成。但是，使用外延生長并不能獲得UVB或UVC波段的高反射率，適用于藍(lán)光VCSEL的第二層介電鏡沉積的典型襯底去除方法也不適用于AlGaN。通過采用電化學(xué)刻蝕，我們能夠制造出夾于兩面高反射率介電鏡之間的AlGaN膜。這樣，就形成了一個垂直腔，該垂直腔在光泵浦下實(shí)現(xiàn)激射?！?/p>

這項(xiàng)演示報告了有史以來最短波長的VCSEL，所用電化學(xué)刻蝕技術(shù)也可擴(kuò)展到殺菌應(yīng)用所需的UVC波長。未來可用于清潔飲用水的供給。