深紫外激光二极管可有效消毒

自20世纪60年代，激光二极管已被研究60余年，并发展到研究范围从红外光到蓝紫光等波长，应用范围广阔。这种技术的典例包括基于红外激光二极管的光通信设备和基于蓝紫色激光二极管的蓝光光盘。然而，全球的研究团队仍未开发出深紫外线(DUV)激光二极管。

图1 全球首个深紫外激光二极管，在室温下发射连续波。其应用范围从生物光子学到粒子测量和气体分析。（图片来源：Issey Takahashi）

目前，名古屋大学团队与旭日化成公司（日本化工企业）合作，展示了一种DUV激光二极管在室温下发射出连续波(CW)，该合作团队声称这是世界上第一个DUV激光二极管。这项工作是半导体激光器在所有波长范围内的实际应用中的一个里程碑，可使 UV-C 激光二极管应用于医疗保健、病毒检测、微粒测量、气体分析和高清晰度激光处理等领域。

该团队由2014年诺贝尔奖获得者、名古屋大学未来材料与系统研究所的天野浩教授带领，克服了严峻的设计挑战，开发出了能够实现这一壮举的激光二极管。

2007年后，制造氮化铝基板技术的出现，意味着DUV激光二极管的关键困难可以被解决。这种基板是用于紫外线发光设备的氮化铝镓(alGaN)薄膜生长的理想材料。从2017年开始，天野浩团队与提供2英寸的旭日化成(Asahi Kasei)公司合作。从氮化铝(AlN)基底开始开发深紫外激光二极管。一开始，足够的电流通过向器件非常困难，阻碍了UV-C激光二极管的进一步发展。

图2 二极管技术支持医疗应用，尤其是手术室环境所需的消毒技术。（图片来源：Asahi Kasei Corp. and Nagoya University）

2019年，该团队利用极化诱导掺杂技术解决了以上问题。他们首次制造了一种短波长的紫外可见(UV-C)激光二极管，其工作原理主要是短脉冲电流。

然而，这些电流脉冲的输入功率为5.2 W，能量非常高，因此，这会使得二极管迅速加热并停止供光。

为了克服这个问题，该团队重新设计了设备的硬件结构，减少了激光器的输入功率至室温下1.1 W。由于在激光条纹上存在晶体缺陷，电流路径是无效的，因此早期的设备需要较高的工作功率。但在这项研究中，研究人员发现，晶体的强应力导致了这些缺陷。

通过对激光条纹侧壁的巧妙剪裁，抑制了缺陷，实现了向激光二极管有源区的电流流动，降低了工作功率。

“它在杀菌技术上的应用具有开创性，”旭化成的Ziyi Zhang说。与目前低效的 LED 杀菌方法不同，激光可以在短时间、长距离内对大面积区域消毒。

这项技术尤其适用于需要消毒的手术室和自来水。

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https://www.photonics.com/Articles/Diode_Demonstration_Establishes_Efficient_Route/a68535