¡Realización de una alta salida óptica de láseres semiconductores ultravioleta verticales! Aplicaciones prácticas prometedoras en los campos de la medicina y el procesamiento con láser

Recientemente, un equipo de investigación japonés ha fabricado un dispositivo láser semiconductor vertical de emisión ultravioleta profunda basado en AlGaN, que se espera que se aplique en los campos del procesamiento láser, la biotecnología y la medicina.
Como todos sabemos, la luz ultravioleta (UV) es una onda electromagnética con un rango de longitud de onda de 100 a 380 nm. Estas longitudes de onda se pueden dividir en tres regiones: UV-A (315-380 nm), UV-B (280-315 nm) y UV-C (100-280 nm). ), las dos últimas regiones contienen luz ultravioleta profunda.
Las fuentes de luz láser que emiten en la región UV, como los láseres de gas y los láseres de estado sólido basados ​​en armónicos de láseres de itrio-aluminio-granate, se pueden utilizar en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo biotecnología, tratamientos dermatológicos, procesos de curado UV y láser. Procesando. Sin embargo, estos láseres adolecen de gran tamaño, alto consumo de energía, rango de longitud de onda limitado y baja eficiencia.

En los últimos años se ha impulsado el desarrollo de láseres semiconductores de alto rendimiento que generan luz mediante la inyección de una corriente en paralelo al continuo desarrollo de la tecnología de fabricación. Entre ellos se encuentran los dispositivos emisores de luz ultravioleta basados ​​en el material semiconductor nitruro de aluminio y galio AlGaN. Sin embargo, su potencia de salida óptica máxima en la región UV profunda es de sólo unos 150 mW, muy por debajo de la potencia requerida para aplicaciones médicas e industriales. Aumentar la corriente de inyección del dispositivo es fundamental para aumentar la potencia de salida. Esto requiere un aumento en el tamaño del dispositivo y también debe garantizar que la corriente fluya uniformemente en el dispositivo.
En el contexto de esta investigación, un equipo de investigación japonés dirigido por el Prof. Motome Iwaya del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Meijo ha desarrollado con éxito diodos láser semiconductores UV-B verticales de alto rendimiento de tipo AlGaN. El estudio fue publicado en la revista Applied Physics Letters.
El profesor Motome Iwaya ha afirmado que los láseres ultravioleta profundos basados ​​en AlGaN existentes utilizan materiales aislantes como el zafiro y el AlN para obtener cristales de alta calidad. Pero como la corriente fluye lateralmente en estos dispositivos, para mejorar su emisión de luz, los científicos exploraron dispositivos verticales, en los que los electrodos p y n se enfrentan entre sí en una unión pn. Pero durante los últimos años, se han utilizado configuraciones verticales para realizar dispositivos semiconductores de alta potencia. Pero en el caso de los láseres semiconductores, el desarrollo de tales configuraciones se ha estancado y aún no se ha realizado para dispositivos emisores de luz ultravioleta profunda basados ​​en nitruro de aluminio. Para ello, los investigadores fabricaron primero nitruro de aluminio de alta calidad sobre un sustrato de zafiro. Luego se formaron nanopilares periódicos de nitruro de aluminio y se depositaron con estructuras láser a base de nitruro de aluminio.
El equipo utilizó una innovadora técnica de extracción por láser basada en láseres pulsados ​​de estado sólido para extraer las estructuras del dispositivo del sustrato. También desarrollaron un proceso de semiconductores para fabricar los electrodos, las estructuras limitadoras de corriente y las capas aislantes necesarias para las oscilaciones del láser, y un método de división que utiliza cuchillas para formar excelentes resonadores ópticos. El diodo láser semiconductor UV-B profundo basado en AlGaN resultante tiene propiedades novedosas y únicas. Funciona a temperatura ambiente, emite una luz extremadamente nítida a 298,1 nm, tiene un umbral de corriente bien definido y una fuerte polarización eléctrica transversal. Los investigadores también observaron un patrón de campo lejano similar a un punto específico del láser, lo que confirma las oscilaciones del dispositivo.
El estudio demuestra que los dispositivos verticales pueden proporcionar altas corrientes para el funcionamiento de dispositivos de alta potencia. En el futuro, desempeñará un papel más importante en nuevos procesos de fabricación rentables para vehículos eléctricos e inteligencia artificial, entre otros. Y los investigadores también esperan que los láseres UV verticales basados ​​en nitruro de aluminio encuentren aplicaciones prácticas en los campos médico y de fabricación.