據(jù)麥姆斯咨詢報道，瑞典查爾姆斯理工大學（Chalmers University of Technology）與柏林工業(yè)大學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)療等應用。該項成果最近發(fā)表于科學雜志ACS Photonics。

該論文第一作者、微技術與納米科學系光子學實驗室學生Filip Hjort博士說：“盡管還有很多工作要做，特別是要讓器件實現(xiàn)電學驅動，但該演示為實現(xiàn)覆蓋大部分紫外光譜范圍的實用VCSEL產品奠定了堅實的基礎。”

VCSEL是一種緊湊型半導體激光器，已廣泛應用于智能手機的人臉識別和數(shù)據(jù)中心的光通信等應用中。到目前為止，市場主要供應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)在汽車自適應大燈、投影顯示器得到應用，將很快實現(xiàn)商業(yè)化。

“如果可以將波長范圍進一步擴大到紫外線（UV），那么VCSEL的應用領域將更加廣泛。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。

為了實現(xiàn)上述應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，激光介質必須采用鋁鎵氮化物（AlGaN）。微技術與納米科學系光子學實驗室教授Åsa Haglund的研究小組曾與柏林工業(yè)大學的合作者展示過一種電化學刻蝕方法，該方法可用于選擇性刻蝕特定AlGaN層。兩個研究小組在當前的工作中利用這種方法實現(xiàn)了全球首款光泵浦UVB發(fā)射VCSEL。

UVB VCSEL結構、表面形貌和外延結構展示。（a）UVB VCSEL結構示意圖；（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）外延層結構，多層犧牲層標記為紅色。

“通過使用電化學刻蝕技術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現(xiàn)激射。”

波長為1.5λ的UVB VCSEL垂直腔的透射電子顯微鏡（TEM）圖像

這項演示報告了有史以來最短波長的VCSEL，所用電化學刻蝕技術也可擴展到殺菌應用所需的UVC波長。未來可用于清潔飲用水的供給。