Làsers de semiconductors convencionals, com els làsers de cavitat de Fabry-Pérot (FP), làsers de retroalimentació distribuïda (DFB) i làsers de superfície vertical-cavitat (VCSELS), no poden aconseguir simultàniament un funcionament de mode de potència, i un petit angle de divergència .. Utilitzeu la difracció de Bragg en cristalls fotònics bidimensionals per aconseguir una sortida làser de gran energia i un sol mode amb un petit angle de divergència (figura 1), convertint-los en un dels temes de recerca calents tant a nivell nacional com internacional .}
Els materials de semiconductors basats en nitrur de gali (GAN) tenen un grup de banda directe, amb longituds d'ona d'emissions que abasten el visible a l'espectre ultraviolat profund, que ofereix avantatges com ara una eficiència luminosa i una excel·lent estabilitat química, cosa que els fa adequats per a la fabricació de Pcsel Processament, il·luminació làser, comunicació submarina, comunicació interstel·lar, rellotges atòmics de xip, exploració d’espai profund, radar atòmic i medicina làser, atraient una atenció generalitzada .
Figura 1. Diagrames estructurals, angles de divergència típics de camp lluny
L’equip del professor Noda a la Universitat Kyoto del Japó va proposar per primera vegada el concepte de PCSELS el 1999 i va informar de la primera entrada d’electroinjecció d’electroinció a temperatura ambient de PCSELS VIOLETS basat en Gan a Science 319, 445 (2008) . posteriorment, en col·laboració amb la Stanley Company de la Companyia de Stanley Japó i la Japó Nicia Company el 2024, van ampliar la longitud de la longitud de la mesura de la mesura de la longitud de l’addició de l’empresa de l’empresa de l’empresa de l’empresa de l’empresa de l’emissió de l’empresa de l’empresa, a més de 2024. Actualment, PCSELS basat en GaN a les bandes de llum blava i verda . Actualment, només el Japó ha aconseguit una emissió elèctrica induïda per la injecció de PCSELS basada en GaN globalment .
En col·laboració amb el laboratori clau de materials i xips de visualització de semiconductors i el laboratori de Suzhou, ambdós establerts per l’Institut Suzhou de Nanotecnologia i Nanociència de l’Acadèmia de Ciències de la Xina, es va desenvolupar recentment una superfície fotònica basada en GaN (4
L’equip d’investigació primer va simular i dissenyar l’estructura del dispositiu PCSEL basat en GaN, després va créixer epitaxialment materials làser basats en Gan i va desenvolupar els processos de cristalls fotònics de baixa danys per fabricar el dispositiu PCSel basat en Gan, amb una àrea de cristall fotònica de 400 × 400 μm² (Figura 2) .}}}}}}}}}}}}}}}}}} mitjançant la mesura de la banda de la banda de la banda de la banda de la banda de la banda de la banda de la banda (8}}. PCSEL basat en GaN En la direcció γ-X mitjançant espectroscòpia resolta en angle (figura 3), es va observar que: en corrents d'injecció baixos, l'estructura de la banda és clara, amb el mode C amb la intensitat més alta; A mesura que el corrent augmenta, la intensitat del mode no radiactiu B millora significativament fins que es produeix la làsing . mesurant l'estructura de la banda, es va determinar que el dispositiu es troba en el mode fonamental B, amb un mode de mitja amplada d'aproximadament 0 .} 05 nm a prop del corrent del llindar.
Figura 2. (a) Esquema esquemàtic de l'estructura de PCSel basada en Gan, (b) Estructura de la banda de cristall fotònica obtinguda a partir de proves de bombeig òptic i (c) superfície i (d) imatges de microscopi electrònica d'escaneig transversal del cristall fotònic .
Figura 3. (a-e) Estructura de banda del PCSEL basat en GaN en la direcció γ-X mesurada en diferents corrents d'injecció, (f) corba que mostra la variació de la longitud d'ona màxima i la meitat espectral d'amplada espectral del PCSel basat en Gan amb corrent d'injecció .
A partir del treball anterior, l’equip d’investigació va aconseguir una injecció elèctrica a temperatura ambient d’un làser de superfície cristalls fotònica basat en GaN (Figura 4), amb una longitud d’ona de làsing d’aproximadament 415 nm, un corrent llindar de 21 .} 96 A, un corrent corresponent de corrent de corrent de aproximadament 13 .}}}}}}}}}}}}} {16} {16} {16} Potència màxima de sortida d'aproximadament 170 MW. Al següent pas, l’equip té previst utilitzar substrats d’un sol cristall GAN de gran qualitat per dissenyar una nova estructura de PCSel basada en GaN i superar els reptes en la fabricació de dispositius PCSel i la tecnologia d’envasos/gestió tèrmica per aconseguir una sortida làser de mode únic d’alta potència (10-100 W).
Figura 4. PCSEL basat en GaN: (a) Espectres d’electroluminescència en diferents corrents d’injecció, (b) Sortida les corbes òptiques de corrent de potència-corrent, (c) punt de camp lluny
