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新型宽带隙半导体材料为深紫外激光器发展提供新方向
材料来源:lfwc           录入时间:2014/1/16 9:38:00

深紫外激光器是由我国科学家利用独创、独有的深紫外技术和深紫外激光非线性光学晶体,在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等研究中获得的重要成果,使我国深紫外领域的科学研究水平处于国际领先地位,近日,厦门大学在深紫外激光器的研究领域内,获得了重大进展,成功研发出了可作为深紫外激光器材料基础的新型宽带隙半导体材料。

    厦门大学自主研发的新型宽带隙半导体材料为深紫外光子学的发展提供了新的思路和方向。它的“秘诀”在于材料纯度和结构质量高,通过其中激子和光子的相互转化特性可以轻松实现深紫外光的发射,从而大大提升激光器件的发光能效。

新型宽带隙半导体材料为深紫外激光器发展提供新方向
新型宽带隙半导体材料为深紫外激光器发展提供新方向

    近期,相关研究成果刊登在《自然》出版集团旗下涵盖自然科学所有领域的在线开放刊物《科学报道》上。

    这项成果出自厦门大学物理与机电工程学院康俊勇教授课题组,该课题组长期致力于研究深紫外光宽带隙半导体,这也是近年来物理学界的一个热门研究领域。

    所谓深紫外光,是指波长短于280纳米的紫外线。这种光源波长短、频率高,可在水及空气净化、疾病治疗、信息技术等领域发挥独特作用。传统的深紫外光源通常由高压汞灯产生,体积大、电压高、毒性大,而用氮化铝基宽带隙半导体来产生深紫外光,一般体积不足米粒大、只要数伏特、无毒无害,且寿命长数百倍。从2005年开始,康俊勇教授课题组便开始研发这种高纯度的宽带隙半导体深紫外光源材料和器件,并不断突破结构瓶颈。

    2012年底,课题组博士生李孔翌在氮化铝半导体中探测到了名为“激子极化激元”的粒子。这种粒子是激化的电子与光子结合的产物,天生容易聚在一起。藉由它,可以轻松实现光的同步发射,也就是说,在很低的电流驱动下,就可发射出激光。

    李孔翌说,事实上,这种粒子本身并不足为奇,“它存在于很多材料中,但是,在高频率的深紫外材料中出现却是第一次。”这样的发现,意味着厦大自主研发的这种半导体材料可为未来研制深紫外波段高信道容量的量子通信和激光器件等奠定了材料基础。

    近期,康俊勇教授课题组深入开展不同维度、不同结构功能的深紫外材料研究,取得显著成果。课题组成员林伟博士突破光沿氮化铝基半导体各个方向传播不同的天性,首次造出深紫外光各向同性的量子结构材料,大大提高深紫外光在半导体器件中传导和发射的可控效率,成果被刊登在国际光子学领域综述专刊——《激光和光子评论》的卷首。课题组成员吴雅苹博士开发出大尺度石墨烯单晶,它能克服传统透明电极材料对深紫外光吸收强的弱点,为深紫外光电集成提供了一种可选的电极材料。

    新型宽带隙半导体材料的研制成功,对我国科学技术的发展具有重要意义,也对继续开拓深紫外激光的应用具有十分重要的意义,也为深紫外激光仪器设备后续发展尤其是产业化工作奠定了基础。


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