近年來(lái)，全球新冠肺炎疫情對(duì)人類(lèi)生命健康和國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大威脅。深紫外固態(tài)光源由于具備快速消殺、壽命長(zhǎng)、體積小、不含汞等顯著的性能優(yōu)勢(shì)，為研發(fā)高效便攜的抗疫利器提供技術(shù)保障。然而，受當(dāng)前研發(fā)水平所限，絕大多數(shù)消殺用途的深紫外光源工作在260~280 nm波長(zhǎng)，對(duì)人體皮膚組織產(chǎn)生一定的穿透性。最新的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用波長(zhǎng)短于250 nm的遠(yuǎn)紫外C區(qū)光線(xiàn)時(shí)，既能高效地滅活病原體，又不會(huì)穿透人的皮膚和眼睛，可以作為病毒消殺更理想的光源。

近日，在第八屆國(guó)際第三代半導(dǎo)體論壇（IFWS）&第十九屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA）召開(kāi)的“光醫(yī)療與健康應(yīng)用技術(shù)分論壇”上，廈門(mén)大學(xué)副教授高娜做了題為“基于AlN/GaN超短周期超晶格的深紫外短波光發(fā)射調(diào)控”的主題報(bào)告，分享了精細(xì)多晶面調(diào)控倒棱錐臺(tái)增強(qiáng)234 nm深紫外光發(fā)射、應(yīng)力工程調(diào)控短至220 nm波長(zhǎng)深紫外光發(fā)射的研究進(jìn)展與成果。 

報(bào)告指出，III族氮化物AlGaN具有寬帶隙可調(diào)的特點(diǎn)，其響應(yīng)波長(zhǎng)可拓展至遠(yuǎn)紫外C區(qū)，已成為短波深紫外固態(tài)光源的首選材料。但當(dāng)波長(zhǎng)短于250 nm時(shí)，AlGaN半導(dǎo)體中的Al組分不斷提高，使得材料生長(zhǎng)控制難度增大，同時(shí)光學(xué)各向異性顯著、界面全反射等問(wèn)題突出，嚴(yán)重限制了深紫外光子的有效提取。因此，如何突破高Al組分AlGaN量子結(jié)構(gòu)光發(fā)射的天然屬性制約，對(duì)于遠(yuǎn)紫外C區(qū)光源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用具有重要意義。

研究在前期利用單體分選生長(zhǎng)技術(shù)所制備的超短周期(AlN)₈/(GaN)₂超晶格基礎(chǔ)之上，通過(guò)納米壓印、干法刻蝕及濕法腐蝕等技術(shù)形成(0001)、(10-13)及(20-21)等多組晶面角度精細(xì)可控的倒棱錐/臺(tái)納米結(jié)構(gòu)。有趣的是，這些晶面能夠控制深紫外234 nm光波在納米結(jié)構(gòu)中的傳播和提取模式，有效突破傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)中出射光錐角較小這一限制，大幅提高了深紫外光的提取效率。當(dāng)引入晶面可控的倒棱錐/臺(tái)結(jié)構(gòu)后，TM和TE偏振光相比于平面結(jié)構(gòu)分別增強(qiáng)了5.6倍和1.1倍，深紫外234 nm波長(zhǎng)處總發(fā)光強(qiáng)度提高了近2倍。進(jìn)一步地，為了實(shí)現(xiàn)更短波長(zhǎng)深紫外光發(fā)射的調(diào)控，研究對(duì)GaN阱層施加一定的壓縮應(yīng)力，有效增大其禁帶寬度。研究表明，(AlN)₈/(GaN)₂的波長(zhǎng)可以從平面結(jié)構(gòu)的231 nm逐步藍(lán)移至220 nm，超越了平面短周期超晶格結(jié)構(gòu)及傳統(tǒng)同組分AlGaN三元混晶。這些研究為推動(dòng)深紫外AlGaN短波長(zhǎng)發(fā)光器件的發(fā)展提供有效的技術(shù)方案。