電激發雷射的革新：「鑽石製」高效散熱鈣鈦礦雷射器

編譯／高晟鈞

鈣鈦礦雷射裝置近期在取得巨大的進展，尤其在連續性電激發雷射領域中。在實現室溫下的連續性電激發雷射後，下一個目標便是電驅動雷射（Electrically driven lasing）。

一般商用的電注入雷射器，具有高導熱率和電荷載流子遷移率（遷移率越高導電效果越好）的半導體，可以在高電流下表現出小的電阻加熱溫度（電流流經電阻時產生的熱能）。儘管鈣鈦礦具有高電荷載流子遷移率，但是導熱率相對較低，因此輻射過程中的熱能無法有效消散。而這種現象會導致熱致缺陷，影響其效能。

用於雷射器件的傳統鈣鈦礦發光二極管結構中的高電流，由於交耳熱，外部量子效率將會嚴重受限。因此，熱管理成了鈣鈦礦電驅動雷射器的瓶頸之一。

有鑑於此，包括太原理工大學的李國輝、俞勝旺、崔艷霞教授和隆德大學的鄭開波教授在內的研究人員，開發了一種用金剛石作為基底的鈣鈦礦奈米片雷射裝置，可以有效地散發光泵浦過程中產生的熱量。

這種新的雷射裝置通過在奈米片和金剛石基板之間加入一層薄的Si0₂，來實現其光學限制（雷射只能在光子全部同相時才能實現光學限制，能實現光學限制代表其為一個優秀的雷射裝置）。

另外，研究團隊還通過光泵浦條件下的溫度變化，評估了鈣鈦礦奈米片雷射裝置的散熱情況。利用金剛石作為基板，相較於玻璃材料，該裝置具有相當低的溫度靈敏度（低了1至2個量級）。該研究被認為有助於激發電驅動鈣鈦礦雷射裝置的發展。

資料來源:Phys.org

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