Realisasi Output Optik Tinggi Laser Semikonduktor Ultraviolet Menegak! Aplikasi Praktikal yang Menjanjikan dalam Bidang Perubatan Dan Pemprosesan Laser

Baru-baru ini, pasukan kajian penyelidikan Jepun telah mencipta peranti laser semikonduktor pemancar ultraviolet dalam menegak berasaskan AlGaN, yang dijangka akan digunakan dalam bidang pemprosesan laser, bioteknologi dan perubatan.
Seperti yang kita sedia maklum, cahaya ultraungu (UV) ialah gelombang elektromagnet dengan julat panjang gelombang 100 hingga 380 nm. Panjang gelombang ini boleh dibahagikan kepada tiga kawasan: UV-A (315-380 nm), UV-B (280-315 nm), dan UV-C (100-280 nm). ), dua kawasan terakhir yang mengandungi cahaya ultraviolet dalam.
Sumber cahaya laser yang dipancarkan di kawasan UV, seperti laser gas dan laser keadaan pepejal berdasarkan harmonik laser yttrium-aluminium-garnet, boleh digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk bioteknologi, rawatan dermatologi, proses pengawetan UV dan laser pemprosesan. Walau bagaimanapun, laser tersebut mengalami saiz yang besar, penggunaan kuasa yang tinggi, julat panjang gelombang yang terhad dan kecekapan yang rendah.

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, pembangunan laser semikonduktor berprestasi tinggi yang menjana cahaya dengan menyuntik arus telah dipromosikan selari dengan pembangunan berterusan teknologi pembuatan. Ini termasuk peranti pemancar cahaya ultraungu berdasarkan bahan semikonduktor aluminium galium nitrida AlGaN. Walau bagaimanapun, kuasa keluaran optik maksimum mereka di kawasan UV dalam hanya kira-kira 150 mW, yang jauh di bawah kuasa yang diperlukan untuk aplikasi perubatan dan industri. Meningkatkan arus suntikan peranti adalah penting untuk meningkatkan kuasa output. Ini memerlukan peningkatan dalam saiz peranti dan juga perlu memastikan bahawa arus mengalir secara seragam dalam peranti.
Dalam konteks penyelidikan ini, pasukan penyelidik Jepun yang diketuai oleh Prof. Motome Iwaya dari Jabatan Sains dan Kejuruteraan Bahan di Universiti Meijo telah berjaya membangunkan diod laser semikonduktor UV-B jenis AlGaN menegak berprestasi tinggi. Kajian itu diterbitkan dalam jurnal Applied Physics Letters.
Prof. Motome Iwaya telah menyatakan bahawa laser ultraungu dalam berasaskan AlGaN sedia ada menggunakan bahan penebat seperti nilam dan AlN untuk mendapatkan kristal berkualiti tinggi. Tetapi kerana arus mengalir secara sisi dalam peranti ini, untuk meningkatkan output cahaya mereka, saintis meneroka peranti menegak, di mana elektrod p dan n berhadapan antara satu sama lain dalam persimpangan pn. Tetapi sejak beberapa tahun kebelakangan ini, konfigurasi menegak telah digunakan untuk merealisasikan peranti semikonduktor berkuasa tinggi. Tetapi untuk laser semikonduktor, pembangunan konfigurasi sedemikian telah tidak berubah dan belum lagi direalisasikan untuk peranti pemancar cahaya ultraungu dalam berdasarkan aluminium nitrida. Untuk tujuan ini, para penyelidik mula-mula mengarang aluminium nitrida berkualiti tinggi pada substrat nilam. Nanopillar aluminium nitrida berkala kemudiannya dibentuk dan didepositkan dengan struktur laser berasaskan nitrida aluminium.
Pasukan ini menggunakan teknik pelucutan laser yang inovatif berdasarkan laser keadaan pepejal berdenyut untuk menanggalkan struktur peranti daripada substrat. Mereka juga membangunkan proses semikonduktor untuk mengarang elektrod, struktur pengehad arus, dan lapisan penebat yang diperlukan untuk ayunan laser, dan kaedah membelah menggunakan bilah untuk membentuk resonator optik yang sangat baik. Diod laser semikonduktor UV-B dalam berasaskan AlGaN yang dihasilkan mempunyai sifat baru dan unik. Ia beroperasi pada suhu bilik, memancarkan cahaya yang sangat tajam pada 298.1 nm, mempunyai arus ambang yang jelas dan polarisasi elektrik melintang yang kuat. Para penyelidik juga memerhatikan corak medan jauh seperti titik khusus laser, mengesahkan ayunan peranti.
Kajian menunjukkan bahawa peranti menegak boleh memberikan arus tinggi untuk pengendalian peranti berkuasa tinggi. Pada masa hadapan, ia akan memainkan peranan yang lebih besar dalam proses fabrikasi kos efektif baharu untuk kenderaan elektrik dan kecerdasan buatan, antara lain. Dan para penyelidik juga berharap bahawa laser UV menegak berasaskan aluminium nitrida akan menemui aplikasi praktikal dalam bidang perubatan dan pembuatan.