據(jù)《ACS Photonics》報道，來自查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員和德國柏林工業(yè)大學(xué)的研究人員一起，為大家展示了一種世界山最短波長的垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。這一發(fā)現(xiàn)為將來的應(yīng)用鋪平了道路，例如，消毒和醫(yī)療處理。

紫外光對于消毒，熒光激發(fā)，材料固化以及醫(yī)療處理來說是非常重要的光源。一個具有小型化和優(yōu)異光學(xué)性能的垂直腔表面發(fā)射激光器（vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs)）可以發(fā)射出紫外的光源將會使得該類激光器在以上這些領(lǐng)域的應(yīng)用得到拓展。

光泵浦超紫外的垂直腔發(fā)射激光器的藝術(shù)構(gòu)圖

然而，直到今天，依然只存在非常少量的紫外垂直腔表面發(fā)射激光器，而且主要是光泵浦的垂直腔表面發(fā)射激光器，且主要是低Al含量的AlGaN腔體和發(fā)射在GaN (360 nm)近能帶隙的光。在這里，研究人員為大家展示了一個光學(xué)泵浦的 VCSEL，可以在室溫狀態(tài)下發(fā)射UVB的波長范圍的光(280–320 nm)，其所具有的 Al0.60Ga0.40N 腔位于兩個絕緣分布的布拉格反射物上。這兩個絕緣分布的布拉格反射設(shè)計通過一個基材上進(jìn)行電化學(xué)腐刻的技術(shù)來移除進(jìn)行實現(xiàn)的。這一新的辦法可以拓展至更短的波長，從而可以建立起一種新的技術(shù)來使得VCSEL 可以發(fā)射出UVA(320–400 nm)至UVC (<280 nm)的波長

這一新發(fā)現(xiàn)是來自查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員和德國柏林工業(yè)大學(xué)的研究人員一起，為大家展示了一種迄今為止最短波長的垂直腔表面發(fā)射激光器 ( vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL))。這一發(fā)現(xiàn)為將來的應(yīng)用鋪平了道路，例如，消毒和醫(yī)療處理。這一結(jié)果發(fā)表在最近出版的科技期刊《ACS Photonics》上。

盡管還存在大量的工作需要開展，尤其是在電驅(qū)動的器件方面，目前的這一研究工作為實現(xiàn)垂直腔表面發(fā)射激光器的實際應(yīng)用構(gòu)建了堅實的基礎(chǔ)，這一垂直腔發(fā)射激光器 覆蓋了UV光譜范圍的大部分。

超紫外 B區(qū)間波長的垂直腔發(fā)射激光器 的結(jié)構(gòu)，表面形貌和外延結(jié)構(gòu)

圖解： (a) 超紫外的垂直腔發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)示意圖. (b) 原子力顯微鏡觀察到的生長的金屬極Al0.6Ga0.4N的表面； (c) 和N-極的表面暴露在電化學(xué)蝕刻的犧牲層 . (d) 生長的外延生長的層結(jié)構(gòu) . 多層的犧牲層顯示為紅色。

垂直腔表面發(fā)射激光器(vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSEL))是一種結(jié)構(gòu)緊湊的半導(dǎo)體激光并且具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如智能手機中的面部識別和數(shù)據(jù)中心的光通訊。因此，這一類型的激光目前只有紅色和紅外波長的光是商業(yè)化的，但同時也有其他可見光波長的垂直腔表面發(fā)射激光器，這一類型的激光器在汽車的前燈或者投影顯示等領(lǐng)域也有應(yīng)用，并將很快得到商業(yè)化的應(yīng)用。

如果波長的范圍可以進(jìn)一步的拓展的話，如進(jìn)入到紫外的范圍，垂直腔表面發(fā)射激光器就可以找到更為寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。紫外光可以用來進(jìn)行消毒，材料的固化，熒光激發(fā)和醫(yī)療處理等，并且紫外發(fā)射的VCSEL,例如，可以用在緊湊的水，空氣和消毒系統(tǒng)以及用于皮膚疾病的處理等。

為了實現(xiàn)UV波長的發(fā)射在紫外波段B (280-320 nm)和紫外波段C (200-280 nm),這一波段是應(yīng)用中最需要的部分，激光介質(zhì)必須使用 AlGaN來制造。研究人員使用電化學(xué)蝕刻的辦法來選擇性的腐刻特定的 AlGaN 層來實現(xiàn)。在他們的當(dāng)前的工作中，研究人員使用這一辦法來創(chuàng)造出世界上第一個電泵浦的UV B發(fā)射的 VCSEL。

通過使用電化學(xué)腐刻技術(shù)來移除基材和制造出光滑的AlGaN膜，研究人員解決了長期困擾著UV VCSELs的問題。VCSELs需要兩個鏡子的反射率超過99%的鏡子，并且這兩個鏡子要么使用外延生長的辦法來生長，要么使用絕緣體材料來進(jìn)行制備。然而，在使用外延生長的時候，對UVB或UVC的反射非常高，并且典型的基材移除辦法通常用來促進(jìn)第二格電絕緣的藍(lán)色發(fā)射VCSELs的沉積并不適合AlGaN。

這一新的VCSELs顯示了當(dāng)前世界上最短波長的垂直腔表面發(fā)射激光器，并且電化學(xué)腐刻技術(shù)可以拓展到UVC波長的制造，此時是滅菌應(yīng)用所需要的，例如，可以用在將來的大流行病的斗爭上和提供清潔的飲用水等方面。