该激光二极管由旭化成公司,日本名古屋大学和美国的Crystal IS合作开发,使用了低位错密度的氮化铝(AlN)衬底生长氮化铝镓(AlGaN)层。日本和美国的研究人员声称,271.8nm的波长迄是今为止报道的电流注入激光二极管(LD)的最短波长,处于100-280nm的深紫外线(UV-C)范围内,以前的UV激光二极管报告仅限于315-400nm UV-A范围。
该团队在p侧使用了无意掺杂的分布式极化感应掺杂(DPD)包层,用金属有机化学气相沉积(MOCVD)在直径2英寸(0001)的AlN衬底上生长了激光二极管结构。来自晶体IS的单晶衬底中的位错密度在10 3 -10 4 / cm 2的范围内,9nm发光单量子阱设计为发射270nm波长的UV-C光。激光二极管器件是用4μm宽的脊形波导制造的,将其沿<11-20>方向切割成400μm长的腔。所得的(1-100)平面刻面涂有五对介电层,涂层的反射率超过90%。高反射率是降低阈值电流的关键因素。
考虑到梯度结构的松弛也会阻碍极化掺杂,整个结构的假晶生长,包括在单晶AlN衬底上的DPD,可使极化感应电荷最大化以实现高空穴电导率。
在MOCVD生长过程中发现了一个问题:表面上凸出的六边形金字塔形小丘,密度为6x103 / cm2。小丘似乎在278nm波长附近贡献了一个额外的发射峰。
研究人员认为,基于透射电子显微镜分析,小丘起因于AlN基体中预先存在的螺纹位错。螺纹位错为载流子重组提供了非辐射途径,并可能对电流的流向产生不利影响。
为了发射激光,小丘还影响光学结构,将光散射出波导模式。研究小组总结:低位错密度的高质量AlN基板似乎是开发UV-C LD的基础。