Dikey Ultraviyole Yarı İletken Lazerlerin Yüksek Optik Çıkışının Gerçekleştirilmesi! Tıp ve Lazer İşleme Alanlarında Umut Veren Pratik Uygulamalar

Yakın zamanda bir Japon araştırma ekibi, lazer işleme, biyoteknoloji ve tıp alanlarında uygulanması beklenen AlGaN bazlı dikey derin ultraviyole yayan yarı iletken lazer cihazı üretti.
Hepimizin bildiği gibi ultraviyole (UV) ışık, dalga boyu 100 ila 380 nm aralığında olan bir elektromanyetik dalgadır. Bu dalga boyları üç bölgeye ayrılabilir: UV-A (315-380 nm), UV-B (280-315 nm) ve UV-C (100-280 nm). ), son iki bölge derin ultraviyole ışık içerir.
İtriyum-alüminyum-granat lazerlerinin harmoniklerine dayanan gaz lazerleri ve katı hal lazerleri gibi UV bölgesinde yayılan lazer ışık kaynakları, biyoteknoloji, dermatolojik tedaviler, UV kürleme işlemleri ve lazer dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda kullanılabilir. işleme. Bununla birlikte, bu tür lazerler büyük boyut, yüksek güç tüketimi, sınırlı dalga boyu aralığı ve düşük verimlilik gibi dezavantajlara sahiptir.

Son yıllarda, üretim teknolojisinin sürekli gelişmesine paralel olarak, akım enjekte ederek ışık üreten yüksek performanslı yarı iletken lazerlerin geliştirilmesi teşvik edilmektedir. Bunlar, yarı iletken malzeme alüminyum galyum nitrür AlGaN'ye dayanan ultraviyole ışık yayan cihazları içerir. Ancak derin UV bölgesindeki maksimum optik çıkış gücü yalnızca 150 mW civarındadır; bu da tıbbi ve endüstriyel uygulamalar için gereken gücün çok altındadır. Cihazın enjeksiyon akımını arttırmak, çıkış gücünü arttırmak için kritik öneme sahiptir. Bu, cihaz boyutunda bir artış gerektirir ve ayrıca akımın cihazda eşit şekilde akmasını sağlamalıdır.
Bu araştırma kapsamında, Meijo Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü'nden Prof. Motome Iwaya liderliğindeki bir Japon araştırma ekibi, yüksek performanslı dikey AlGaN tipi UV-B yarı iletken lazer diyotları başarıyla geliştirdi. Çalışma Uygulamalı Fizik Mektupları dergisinde yayınlandı.
Prof. Motome Iwaya, mevcut AlGaN bazlı derin morötesi lazerlerin yüksek kaliteli kristaller elde etmek için safir ve AlN gibi yalıtım malzemeleri kullandığını belirtti. Ancak bu cihazlarda akım yanal olarak aktığından, ışık çıkışını iyileştirmek için bilim adamları, p ve n elektrotlarının bir pn ekleminde birbirine baktığı dikey cihazları keşfettiler. Ancak son birkaç yıldır yüksek güçlü yarı iletken cihazları gerçekleştirmek için dikey konfigürasyonlar kullanılıyor. Ancak yarı iletken lazerler için bu tür konfigürasyonların gelişimi durağandır ve alüminyum nitrür bazlı derin morötesi ışık yayan cihazlar için henüz gerçekleştirilmemiştir. Bu amaçla araştırmacılar ilk olarak safir bir substrat üzerinde yüksek kaliteli alüminyum nitrür ürettiler. Daha sonra periyodik alüminyum nitrür nanosütunları oluşturuldu ve alüminyum nitrür bazlı lazer yapılarıyla biriktirildi.
Ekip, cihaz yapılarını alt tabakadan ayırmak için darbeli katı hal lazerlerine dayanan yenilikçi bir lazer sıyırma tekniği kullandı. Ayrıca elektrotları, akım sınırlayıcı yapıları ve lazer salınımları için gereken yalıtım katmanlarını üretmek için bir yarı iletken süreç ve mükemmel optik rezonatörler oluşturmak için bıçakların kullanıldığı bir ayırma yöntemi geliştirdiler. Ortaya çıkan AlGaN bazlı derin UV-B yarı iletken lazer diyot, yeni ve benzersiz özelliklere sahiptir. Oda sıcaklığında çalışır, 298,1 nm'de son derece keskin ışık yayar, iyi tanımlanmış bir eşik akımına ve güçlü enine elektriksel polarizasyona sahiptir. Araştırmacılar ayrıca cihazın salınımlarını doğrulayan, lazere özgü nokta benzeri bir uzak alan deseni de gözlemlediler.
Çalışma, dikey cihazların yüksek güçlü cihazların çalışması için yüksek akımlar sağlayabileceğini göstermektedir. Gelecekte, diğerlerinin yanı sıra elektrikli araçlar ve yapay zekaya yönelik yeni uygun maliyetli üretim süreçlerinde daha büyük bir rol oynayacak. Araştırmacılar ayrıca alüminyum nitrit bazlı dikey UV lazerlerin tıp ve üretim alanlarında pratik uygulamalar bulacağını umuyor.