Realização de alta saída óptica de lasers semicondutores ultravioleta verticais! Aplicações práticas promissoras nas áreas da medicina e processamento a laser

Recentemente, uma equipe de pesquisa japonesa fabricou um dispositivo laser semicondutor vertical com emissão ultravioleta profunda baseado em AlGaN, que deverá ser aplicado nas áreas de processamento de laser, biotecnologia e medicina.
Como todos sabemos, a luz ultravioleta (UV) é uma onda eletromagnética com comprimento de onda na faixa de 100 a 380 nm. Esses comprimentos de onda podem ser divididos em três regiões: UV-A (315-380 nm), UV-B (280-315 nm) e UV-C (100-280 nm). ), as duas últimas regiões contendo luz ultravioleta profunda.
Fontes de luz laser que emitem na região UV, como lasers de gás e lasers de estado sólido baseados em harmônicos de lasers de ítrio-alumínio-granada, podem ser usadas em uma ampla gama de aplicações, incluindo biotecnologia, tratamentos dermatológicos, processos de cura UV e laser. em processamento. No entanto, tais lasers apresentam tamanho grande, alto consumo de energia, faixa limitada de comprimento de onda e baixa eficiência.

Nos últimos anos, o desenvolvimento de lasers semicondutores de alto desempenho que geram luz por meio da injeção de corrente tem sido promovido paralelamente ao desenvolvimento contínuo da tecnologia de fabricação. Estes incluem dispositivos emissores de luz ultravioleta baseados no material semicondutor nitreto de alumínio e gálio AlGaN. No entanto, a sua potência óptica máxima de saída na região UV profunda é de apenas cerca de 150 mW, o que está muito abaixo da potência necessária para aplicações médicas e industriais. Aumentar a corrente de injeção do dispositivo é fundamental para aumentar a potência de saída. Isto requer um aumento no tamanho do dispositivo e também precisa garantir que a corrente flua uniformemente no dispositivo.
No contexto desta pesquisa, uma equipe de pesquisa japonesa liderada pelo Prof. Motome Iwaya do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Meijo desenvolveu com sucesso diodos laser semicondutores UV-B verticais de alto desempenho do tipo AlGaN. O estudo foi publicado na revista Applied Physics Letters.
O professor Motome Iwaya afirmou que os lasers ultravioleta profundo baseados em AlGaN existentes utilizam materiais isolantes como safira e AlN para obter cristais de alta qualidade. Mas como a corrente flui lateralmente nestes dispositivos, para melhorar a sua emissão de luz, os cientistas exploraram dispositivos verticais, nos quais os eléctrodos p e n ficam frente-a-frente numa junção pn. Mas, nos últimos anos, configurações verticais têm sido usadas para realizar dispositivos semicondutores de alta potência. Mas para lasers semicondutores, o desenvolvimento de tais configurações está estagnado e ainda não foi realizado para dispositivos emissores de luz ultravioleta profunda baseados em nitreto de alumínio. Para este fim, os pesquisadores primeiro fabricaram nitreto de alumínio de alta qualidade em um substrato de safira. Nanopilares periódicos de nitreto de alumínio foram então formados e depositados com estruturas de laser à base de nitreto de alumínio.
A equipe utilizou uma técnica inovadora de remoção a laser baseada em lasers pulsados ​​de estado sólido para retirar as estruturas do dispositivo do substrato. Eles também desenvolveram um processo semicondutor para fabricar eletrodos, estruturas limitadoras de corrente e camadas isolantes necessárias para oscilações do laser, e um método de clivagem usando lâminas para formar excelentes ressonadores ópticos. O diodo laser semicondutor UV-B profundo baseado em AlGaN resultante tem propriedades novas e únicas. Opera à temperatura ambiente, emite luz extremamente nítida a 298,1 nm, possui um limiar de corrente bem definido e forte polarização elétrica transversal. Os pesquisadores também observaram um padrão de campo distante semelhante a um ponto específico do laser, confirmando as oscilações do dispositivo.
O estudo demonstra que dispositivos verticais podem fornecer altas correntes para a operação de dispositivos de alta potência. No futuro, desempenhará um papel mais importante em novos processos de fabrico económicos para veículos eléctricos e inteligência artificial, entre outros. E os pesquisadores também esperam que os lasers UV verticais baseados em nitreto de alumínio encontrem aplicações práticas nas áreas médica e de manufatura.