深紫外激光器是由我國(guó)科學(xué)家利用獨(dú)創(chuàng)、獨(dú)有的深紫外技術(shù)和深紫外激光非線性光學(xué)晶體，在石墨烯、高溫超導(dǎo)、拓?fù)浣^緣體、寬禁帶半導(dǎo)體和催化劑等研究中獲得的重要成果，使我國(guó)深紫外領(lǐng)域的科學(xué)研究水平處于國(guó)際領(lǐng)先地位，近日，廈門大學(xué)在深紫外激光器的研究領(lǐng)域內(nèi)，獲得了重大進(jìn)展，成功研發(fā)出了可作為深紫外激光器材料基礎(chǔ)的新型寬帶隙半導(dǎo)體材料。

    廈門大學(xué)自主研發(fā)的新型寬帶隙半導(dǎo)體材料為深紫外光子學(xué)的發(fā)展提供了新的思路和方向。它的“秘訣”在于材料純度和結(jié)構(gòu)質(zhì)量高，通過(guò)其中激子和光子的相互轉(zhuǎn)化特性可以輕松實(shí)現(xiàn)深紫外光的發(fā)射，從而大大提升激光器件的發(fā)光能效。

新型寬帶隙半導(dǎo)體材料為深紫外激光器發(fā)展提供新方向

    近期，相關(guān)研究成果刊登在《自然》出版集團(tuán)旗下涵蓋自然科學(xué)所有領(lǐng)域的在線開(kāi)放刊物《科學(xué)報(bào)道》上。

    這項(xiàng)成果出自廈門大學(xué)物理與機(jī)電工程學(xué)院康俊勇教授課題組，該課題組長(zhǎng)期致力于研究深紫外光寬帶隙半導(dǎo)體，這也是近年來(lái)物理學(xué)界的一個(gè)熱門研究領(lǐng)域。

    所謂深紫外光，是指波長(zhǎng)短于280納米的紫外線。這種光源波長(zhǎng)短、頻率高，可在水及空氣凈化、疾病治療、信息技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮獨(dú)特作用。傳統(tǒng)的深紫外光源通常由高壓汞燈產(chǎn)生，體積大、電壓高、毒性大，而用氮化鋁基寬帶隙半導(dǎo)體來(lái)產(chǎn)生深紫外光，一般體積不足米粒大、只要數(shù)伏特、無(wú)毒無(wú)害，且壽命長(zhǎng)數(shù)百倍。從2005年開(kāi)始，康俊勇教授課題組便開(kāi)始研發(fā)這種高純度的寬帶隙半導(dǎo)體深紫外光源材料和器件，并不斷突破結(jié)構(gòu)瓶頸。

    2012年底，課題組博士生李孔翌在氮化鋁半導(dǎo)體中探測(cè)到了名為“激子極化激元”的粒子。這種粒子是激化的電子與光子結(jié)合的產(chǎn)物，天生容易聚在一起。藉由它，可以輕松實(shí)現(xiàn)光的同步發(fā)射，也就是說(shuō)，在很低的電流驅(qū)動(dòng)下，就可發(fā)射出激光。

    李孔翌說(shuō)，事實(shí)上，這種粒子本身并不足為奇，“它存在于很多材料中，但是，在高頻率的深紫外材料中出現(xiàn)卻是第一次。”這樣的發(fā)現(xiàn)，意味著廈大自主研發(fā)的這種半導(dǎo)體材料可為未來(lái)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礎(chǔ)。

    近期，康俊勇教授課題組深入開(kāi)展不同維度、不同結(jié)構(gòu)功能的深紫外材料研究，取得顯著成果。課題組成員林偉博士突破光沿氮化鋁基半導(dǎo)體各個(gè)方向傳播不同的天性，首次造出深紫外光各向同性的量子結(jié)構(gòu)材料，大大提高深紫外光在半導(dǎo)體器件中傳導(dǎo)和發(fā)射的可控效率，成果被刊登在國(guó)際光子學(xué)領(lǐng)域綜述專刊——《激光和光子評(píng)論》的卷首。課題組成員吳雅蘋博士開(kāi)發(fā)出大尺度石墨烯單晶，它能克服傳統(tǒng)透明電極材料對(duì)深紫外光吸收強(qiáng)的弱點(diǎn)，為深紫外光電集成提供了一種可選的電極材料。

    新型寬帶隙半導(dǎo)體材料的研制成功，對(duì)我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義，也對(duì)繼續(xù)開(kāi)拓深紫外激光的應(yīng)用具有十分重要的意義，也為深紫外激光儀器設(shè)備后續(xù)發(fā)展尤其是產(chǎn)業(yè)化工作奠定了基礎(chǔ)。