Реализација високог оптичког излаза вертикалних ултраљубичастих полупроводничких ласера! Обећавајуће практичне примене у области медицине и ласерске обраде

Недавно је јапански истраживачки тим произвео вертикални ласерски уређај са дубоким ултраљубичастим зрачењем заснован на АлГаН-у, за који се очекује да ће бити примењен у областима ласерске обраде, биотехнологије и медицине.
Као што сви знамо, ултраљубичасто (УВ) светло је електромагнетни талас са опсегом таласних дужина од 100 до 380 нм. Ове таласне дужине се могу поделити у три региона: УВ-А (315-380 нм), УВ-Б (280-315 нм) и УВ-Ц (100-280 нм). ), последња два региона садрже дубоко ултраљубичасто светло.
Ласерски извори светлости који емитују у УВ региону, као што су гасни ласери и ласери у чврстом стању засновани на хармоницима итријум-алуминијум-гранатних ласера, могу се користити у широком спектру примена, укључујући биотехнологију, дерматолошке третмане, процесе УВ очвршћавања и ласера обрада. Међутим, такви ласери пате од велике величине, велике потрошње енергије, ограниченог опсега таласних дужина и ниске ефикасности.

Последњих година, развој полупроводничких ласера ​​високих перформанси који генеришу светлост убризгавањем струје промовисан је паралелно са континуираним развојем производне технологије. Ово укључује уређаје који емитују ултраљубичасто светло на бази полупроводничког материјала алуминијум галијум нитрида АлГаН. Међутим, њихова максимална оптичка излазна снага у дубоком УВ региону је само око 150 мВ, што је далеко испод снаге потребне за медицинску и индустријску примену. Повећање струје убризгавања уређаја је кључно за повећање излазне снаге. Ово захтева повећање величине уређаја и такође треба да обезбеди да струја тече равномерно у уређају.
У контексту овог истраживања, јапански истраживачки тим предвођен проф. Мотомеом Ивајом са Одсека за науку о материјалима и инжењеринг на Универзитету Меијо успешно је развио вертикалне АлГаН типа УВ-Б полупроводничке ласерске диоде. Студија је објављена у часопису Апплиед Пхисицс Леттерс.
Проф. Мотоме Иваиа је изјавио да постојећи ласери дубоког ултраљубичастог зрачења на бази АлГаН користе изолационе материјале као што су сафир и АлН за добијање висококвалитетних кристала. Али пошто струја тече бочно у овим уређајима, да би побољшали њихов излаз светлости, научници су истраживали вертикалне уређаје, у којима су п- и н-електроде окренуте једна према другој у пн споју. Али последњих неколико година, вертикалне конфигурације су коришћене за реализацију полупроводничких уређаја велике снаге. Али за полупроводничке ласере, развој таквих конфигурација је стагнирао и још увек није реализован за уређаје који емитују дубоко ултраљубичасто светло на бази алуминијум нитрида. У том циљу, истраживачи су прво произвели висококвалитетни алуминијум нитрид на сафирној подлози. Периодични наностубови алуминијум нитрида су затим формирани и депоновани ласерским структурама на бази алуминијум нитрида.
Тим је користио иновативну технику ласерског одстрањивања засновану на импулсним ласерима у чврстом стању да би уклонио структуре уређаја са подлоге. Такође су развили полупроводнички процес за производњу електрода, структура које ограничавају струју и изолационих слојева потребних за ласерске осцилације, као и методу цепања помоћу лопатица за формирање одличних оптичких резонатора. Добијена дубока УВ-Б полупроводничка ласерска диода на бази АлГаН има нова и јединствена својства. Ради на собној температури, емитује изузетно оштру светлост на 298,1 нм, има добро дефинисану граничну струју и јаку попречну електричну поларизацију. Истраживачи су такође приметили ласерски специфичан узорак далеког поља, који потврђује осцилације уређаја.
Студија показује да вертикални уређаји могу да обезбеде велике струје за рад уређаја велике снаге. У будућности ће играти већу улогу у новим, исплативим процесима производње електричних возила и вештачке интелигенције, између осталог. Истраживачи се такође надају да ће вертикални УВ ласери на бази алуминијум нитрида наћи практичну примену у медицинским и производним областима.