可转换紫外波长，日本一研究团队放大招

UVLED风向 · 2023-09-15

行家说UV 导读：

9月13日，日本大阪大学宣布研发出一种材料和结构与常规装置完全不同的波长转换装置，可转换波长为229nm的深紫外光，目前该装置已成功生产。

AlN半导体可造出紧凑、高效波长转换设装置

据大阪大学该研究团队介绍，目前，市场上有波长为222nm的“准分子灯”和波长为265nm的 “深紫外LED灯”，可用于医疗机构、公共机构和家庭的杀菌和消毒。然而，这两种光源都有各自的问题：前者效率低、寿命短，后者对人体有害，应用范围有限。此外，还有一些基于非线性光学晶体波长转换的高功率深紫外激光器，但这些激光器只能用于工业领域，并不适用于上述应用。

该研究团队表示，相比之下“AlN”在波长210nm以下是透明的，具有很高的光学非线性和抗光损伤能力，使用这种半导体可以制造出紧凑、高效的波长转换设备，能够产生波长为220nm至230nm的深紫外光，这种光对人体无害，具有很强的消毒和灭菌效果。

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利用AlN极性反转层叠结构制造出波长转换装置

在实际测试中，研究团队发现铁电晶体主要用于紧凑高效的波长转换装置，但这些装置对深紫外光不透明，因此不适用于深紫外光的产生。而传统的波长转换设备还要求在光波传播方向上以较短的周期反转偏振方向，而利用氮化物半导体晶体生长技术几乎不可能实现深紫外光生成所需的约1 µm周期的偏振反转结构。

相比之下，研究团队现在提出了一种新结构，即在垂直方向上将AlN的极化方向反转并堆叠起来。三重大学的研究团队利用其开发的 "AlN极性反转层叠结构 "实际制造了一个波长转换装置，并决定尝试利用 "二次谐波发生"（一种非线性光学效应）产生深紫外光。

所制造的AlN极性反转光波导的SEM图像

研究发现，通过以AlN薄膜为核心的 "光波导"，可以实现深紫外光的波长转换，而AlN薄膜的晶体极性在堆叠方向上是反转的。利用晶体生长技术沉积了极性反转AlN结构，并利用半导体微加工技术形成了光波导结构，从而制造出了极性反转AlN光波导。当用波长为458nm的激光照射该装置时，它能成功地产生波长为229 nm的深紫外光。

检测到深紫外光信号

这种氮化物半导体极性反转堆叠结构不限于二次谐波产生，甚至类似的结构也可以实现利用不同波长和其他非线性光学效应的器件。此外，由于可以通过增加极性反转的次数来提高效率，因此研究团队认为，也有可能实现光量子信息处理所必需的压缩光发生装置。

来源：mynavi、行家说UV整理

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