Realització d'alta sortida òptica de làsers semiconductors ultraviolats verticals! Aplicacions pràctiques prometedores en els camps de la medicina i el processament làser

Recentment, un equip d'estudis d'investigació japonès ha fabricat un dispositiu làser de semiconductor vertical que emet ultraviolats profunds basat en AlGaN, que s'espera que s'apliqui en els camps del processament làser, la biotecnologia i la medicina.
Com tots sabem, la llum ultraviolada (UV) és una ona electromagnètica amb un rang de longitud d'ona de 100 a 380 nm. Aquestes longituds d'ona es poden dividir en tres regions: UV-A (315-380 nm), UV-B (280-315 nm) i UV-C (100-280 nm). ), aquestes dues últimes regions contenen llum ultraviolada profunda.
Les fonts de llum làser que emeten a la regió UV, com ara làsers de gas i làsers d'estat sòlid basats en harmònics de làsers d'itri-alumini-granat, es poden utilitzar en una àmplia gamma d'aplicacions, com ara biotecnologia, tractaments dermatològics, processos de curat UV i làser. processament. No obstant això, aquests làsers pateixen de gran mida, alt consum d'energia, rang de longitud d'ona limitat i baixa eficiència.

En els darrers anys, s'ha impulsat el desenvolupament de làsers semiconductors d'alt rendiment que generen llum mitjançant la injecció de corrent paral·lelament al desenvolupament continu de la tecnologia de fabricació. Aquests inclouen dispositius emissors de llum ultraviolada basats en el material semiconductor alumini nitrur de gal·li AlGaN. Tanmateix, la seva potència de sortida òptica màxima a la regió UV profunda és només d'uns 150 mW, que és molt per sota de la potència requerida per a aplicacions mèdiques i industrials. Augmentar el corrent d'injecció del dispositiu és fonamental per augmentar la potència de sortida. Això requereix un augment de la mida del dispositiu i també cal garantir que el corrent flueixi de manera uniforme al dispositiu.
En el context d'aquesta investigació, un equip d'investigació japonès dirigit pel professor Motome Iwaya del Departament de Ciència i Enginyeria de Materials de la Universitat de Meijo ha desenvolupat amb èxit díodes làser semiconductors UV-B verticals d'alt rendiment de tipus AlGaN. L'estudi es va publicar a la revista Applied Physics Letters.
El professor Motome Iwaya ha afirmat que els làsers ultraviolats profunds basats en AlGaN utilitzen materials aïllants com el safir i l'AlN per obtenir cristalls d'alta qualitat. Però com que el corrent flueix lateralment en aquests dispositius, per millorar la seva emissió de llum, els científics van explorar dispositius verticals, en què els elèctrodes p i n s'enfronten en una unió pn. Però durant els últims anys, s'han utilitzat configuracions verticals per realitzar dispositius semiconductors d'alta potència. Però per als làsers semiconductors, el desenvolupament d'aquestes configuracions s'ha estancat i encara no s'ha realitzat per als dispositius emissors de llum ultraviolada profunda basats en nitrur d'alumini. Amb aquesta finalitat, els investigadors van fabricar primer nitrur d'alumini d'alta qualitat sobre un substrat de safir. Aleshores es van formar nanopilars periòdics de nitrur d'alumini i es van dipositar amb estructures làser basades en nitrur d'alumini.
L'equip va utilitzar una tècnica innovadora de separació làser basada en làsers d'estat sòlid polsat per treure les estructures del dispositiu del substrat. També van desenvolupar un procés de semiconductors per fabricar els elèctrodes, les estructures limitadores de corrent i les capes aïllants necessàries per a les oscil·lacions làser, i un mètode d'escissió que utilitza fulles per formar excel·lents ressonadors òptics. El díode làser semiconductor UV-B profund basat en AlGaN resultant té propietats noves i úniques. Funciona a temperatura ambient, emet una llum extremadament nítida a 298,1 nm, té un corrent llindar ben definit i una forta polarització elèctrica transversal. Els investigadors també van observar un patró de camp llunyà semblant a un punt específic del làser, confirmant les oscil·lacions del dispositiu.
L'estudi demostra que els dispositius verticals poden proporcionar corrents elevats per al funcionament de dispositius d'alta potència. En el futur, jugarà un paper més important en nous processos de fabricació rendibles per a vehicles elèctrics i intel·ligència artificial, entre d'altres. I els investigadors també esperen que els làsers UV verticals basats en nitrur d'alumini trobin aplicacions pràctiques en camps mèdics i de fabricació.