华中科技大学武汉光电国家研究中心陈长清、戴江南研究团队在半导体深紫外激光发光研究领域取得新进展，相关研究成果发表在光学领域著名期刊ACS Photonics（IF:7.143,中科院SCI一区，Top期刊）上。近日，该成果被国际著名半导体行业杂志Semiconductor Today作为News Features进行专题报道。该工作由武汉光电国家研究中心陈长清、戴江南团队、沙特阿卜杜拉国王科技大学李晓航教授团队和中国科学院宁波材料技术与工程研究所叶继春教授团队共同完成。其中，华中科技大学为论文第一作者单位, 课题组成员单茂诚和张毅为共同第一作者，陈长清教授、戴江南研究员和李晓航教授为该文的共同通讯作者。

氮化物宽禁带半导体在紫外发光器件领域已展现出巨大的应用前景，其中AlGaN三元合金奠定了深紫外发光波段的材料基础。然而，AlGaN多量子阱深紫外激光器中普遍存在强极化场下的量子限制斯塔克效应，空间分离的电子和空穴难以实现高效率的发光。此外，随着发光波长的蓝移，高Al含量的AlGaN倾向于发射光偏振为横磁模式（TM）的光辐射，难以有效地应用于发光二极管和边缘发射激光器结构中。

为此，陈长清、戴江南研究团队采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术，在2英寸C面蓝宝石衬底上外延生长了高质量的超薄AlN/GaN多量子阱作为深紫外激光器的有源区。通过将几个原子单层（ML）的GaN阱限制在薄的AlN势垒中，有效降低了量子阱中的极化电场，同时利用GaN价带顶天然的重空穴带，实现了波长为249 nm的横电模式（TE）光发射，相应的光子能量为5.0 eV，比体GaN材料的3.3 eV带隙高出数个eV。X射线摇摆曲线和高分辨的STEM分析表明，势阱和势垒的界面清晰陡峭，厚度分别为4 ML和6 ML，与传统的AlGaN量子阱相比，势阱和势垒厚度的相似性将导致更高的平均折射率。综合考虑侧向光学限制，激光束的穿透深度，增益介质体积，应变松弛以及材料和界面质量等因素，优化后的激光结构在室温光激励下观察到峰值波长为249 nm的受激发射现象，阈值功率密度为190kW/cm2。该研究工作主要得到了国家自然科学基金面上项目（AlGaN基深紫外激光器的光场调控及高效电注入器件研究）(Grant No. 61774065，戴江南博士为该面上项目主持人)，以及国家重点研发计划(Grant No. 2016YFB0400901)等课题资助支持。

据了解，Semiconductor Today是总部位于英国，具有独立性和非盈利性的国际半导体行业著名杂志，专注于报道化合物半导体和先进硅半导体的重要研究进展和最新行业动态。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.9b00882

专栏报道链接：

http://www.semiconductor-today.com/news_items/2019/oct/kaust-301019.shtml