Vertikal ultrabinafsha yarimo'tkazgichli lazerlarning yuqori optik chiqishini amalga oshirish! Tibbiyot va lazer bilan ishlov berish sohalarida istiqbolli amaliy qo'llanmalar

Yaqinda yapon tadqiqot guruhi lazerni qayta ishlash, biotexnologiya va tibbiyot sohalarida qo'llanilishi kutilayotgan AlGaN asosidagi vertikal chuqur ultrabinafsha nurlar chiqaradigan yarimo'tkazgichli lazer qurilmasini ishlab chiqardi.
Hammamizga ma'lumki, ultrabinafsha (UV) yorug'lik to'lqin uzunligi 100 dan 380 nm gacha bo'lgan elektromagnit to'lqindir. Bu toʻlqin uzunliklarini uchta hududga boʻlish mumkin: UV-A (315-380 nm), UV-B (280-315 nm) va UV-C (100-280 nm). ), chuqur ultrabinafsha nurni o'z ichiga olgan oxirgi ikki mintaqa.
Gaz lazerlari va itriy-alyuminiy-granatli lazerlarning harmonikasiga asoslangan qattiq holatdagi lazerlar kabi ultrabinafsha nurlanish zonasida chiqaradigan lazer yorug'lik manbalari biotexnologiya, dermatologik muolajalar, ultrabinafsha nurlanish jarayonlari va lazerni o'z ichiga olgan keng ko'lamli dasturlarda qo'llanilishi mumkin. qayta ishlash. Biroq, bunday lazerlar katta hajmli, yuqori quvvat sarfi, cheklangan to'lqin uzunligi diapazoni va past samaradorlikdan aziyat chekadi.

So'nggi yillarda ishlab chiqarish texnologiyasining uzluksiz rivojlanishi bilan parallel ravishda oqimni in'ektsiya qilish orqali yorug'lik hosil qiluvchi yuqori samarali yarimo'tkazgichli lazerlarning rivojlanishi rag'batlantirildi. Ularga yarimo'tkazgichli alyuminiy galyum nitridi AlGaN asosidagi ultrabinafsha nurlar chiqaradigan qurilmalar kiradi. Biroq, chuqur UV mintaqasida ularning maksimal optik chiqish quvvati atigi 150 mVtni tashkil qiladi, bu tibbiy va sanoat ilovalari uchun zarur bo'lgan quvvatdan ancha past. Qurilmaning qarshi oqimini oshirish chiqish quvvatini oshirish uchun juda muhimdir. Bu qurilma hajmini oshirishni talab qiladi, shuningdek, oqimning qurilmada bir xilda oqishini ta'minlash kerak.
Ushbu tadqiqot doirasida Meijo universitetining Materialshunoslik va muhandislik kafedrasi professori Motome Iwaya boshchiligidagi yapon tadqiqot guruhi yuqori samarali vertikal AlGaN tipidagi UV-B yarimo'tkazgichli lazer diodlarini muvaffaqiyatli ishlab chiqdi. Tadqiqot Applied Physics Letters jurnalida chop etildi.
Professor Motome Ivayaning ta'kidlashicha, mavjud AlGaN asosidagi chuqur ultrabinafsha lazerlar yuqori sifatli kristallarni olish uchun sapfir va AlN kabi izolyatsion materiallardan foydalanadi. Ammo bu qurilmalarda oqim lateral ravishda oqayotganligi sababli, ularning yorug'lik chiqishini yaxshilash uchun olimlar p-va n-elektrodlari pn birikmasida bir-biriga qarama-qarshi bo'lgan vertikal qurilmalarni o'rganishdi. Ammo so'nggi bir necha yil ichida yuqori quvvatli yarimo'tkazgich qurilmalarini amalga oshirish uchun vertikal konfiguratsiyalar qo'llanildi. Ammo yarimo'tkazgichli lazerlar uchun bunday konfiguratsiyalarning rivojlanishi to'xtab qoldi va alyuminiy nitridi asosidagi chuqur ultrabinafsha nurlar chiqaradigan qurilmalar uchun hali amalga oshirilmagan. Shu maqsadda tadqiqotchilar birinchi navbatda safir substratida yuqori sifatli alyuminiy nitridi ishlab chiqarishdi. Keyin davriy alyuminiy nitridi nanopillarlari hosil bo'ldi va alyuminiy nitridi asosidagi lazer tuzilmalari bilan yotqizildi.
Jamoa qurilma konstruksiyalarini substratdan olib tashlash uchun impulsli qattiq holatdagi lazerlarga asoslangan innovatsion lazerni tozalash usulidan foydalangan. Shuningdek, ular lazer tebranishlari uchun zarur bo'lgan elektrodlarni, oqimni cheklovchi tuzilmalarni va izolyatsion qatlamlarni ishlab chiqarish uchun yarim o'tkazgich jarayonini va mukammal optik rezonatorlarni hosil qilish uchun pichoqlar yordamida kesish usulini ishlab chiqdilar. Olingan AlGaN asosidagi chuqur UV-B yarimo'tkazgichli lazer diodasi yangi va noyob xususiyatlarga ega. U xona haroratida ishlaydi, 298,1 nm chastotada o'ta keskin yorug'lik chiqaradi, aniq belgilangan chegara oqimi va kuchli ko'ndalang elektr polarizatsiyasiga ega. Tadqiqotchilar, shuningdek, qurilmaning tebranishlarini tasdiqlovchi lazerga xos nuqtaga o'xshash uzoq maydon naqshini ham kuzatdilar.
Tadqiqot shuni ko'rsatadiki, vertikal qurilmalar yuqori quvvatli qurilmalarning ishlashi uchun yuqori oqimlarni ta'minlashi mumkin. Kelajakda u elektr transport vositalari va sun'iy intellekt va boshqalar uchun tejamkor ishlab chiqarish jarayonlarida katta rol o'ynaydi. Shuningdek, tadqiqotchilar alyuminiy nitridi asosidagi vertikal UV lazerlari tibbiyot va ishlab chiqarish sohalarida amaliy qo‘llanmalar topishiga umid qilishmoqda.