Réalisation d'un rendement optique élevé de lasers à semi-conducteurs ultraviolets verticaux ! Applications pratiques prometteuses dans les domaines de la médecine et du traitement laser

Récemment, une équipe de recherche japonaise a fabriqué un dispositif laser semi-conducteur vertical à émission ultraviolette profonde à base d'AlGaN, qui devrait être appliqué dans les domaines du traitement laser, de la biotechnologie et de la médecine.
Comme nous le savons tous, la lumière ultraviolette (UV) est une onde électromagnétique dont la longueur d’onde varie de 100 à 380 nm. Ces longueurs d'onde peuvent être divisées en trois régions : UV-A (315-380 nm), UV-B (280-315 nm) et UV-C (100-280 nm). ), ces deux dernières régions contenant de la lumière ultraviolette profonde.
Les sources de lumière laser émettant dans la région UV, telles que les lasers à gaz et les lasers à solide basés sur les harmoniques des lasers yttrium-aluminium-grenat, peuvent être utilisées dans une large gamme d'applications, notamment la biotechnologie, les traitements dermatologiques, les processus de durcissement UV et le laser. traitement. Cependant, ces lasers souffrent d’une grande taille, d’une consommation d’énergie élevée, d’une plage de longueurs d’onde limitée et d’un faible rendement.

Ces dernières années, le développement de lasers à semi-conducteurs hautes performances générant de la lumière en injectant un courant a été favorisé parallèlement au développement continu de la technologie de fabrication. Il s'agit notamment de dispositifs émetteurs de lumière ultraviolette basés sur le matériau semi-conducteur nitrure d'aluminium et de gallium AlGaN. Cependant, leur puissance de sortie optique maximale dans la région UV profonde n’est que d’environ 150 mW, ce qui est bien inférieur à la puissance requise pour les applications médicales et industrielles. L'augmentation du courant d'injection du dispositif est essentielle pour augmenter la puissance de sortie. Cela nécessite une augmentation de la taille de l'appareil et doit également garantir que le courant circule uniformément dans l'appareil.
Dans le cadre de cette recherche, une équipe de recherche japonaise dirigée par le professeur Motome Iwaya du Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'Université Meijo a développé avec succès des diodes laser semi-conductrices UV-B verticales de type AlGaN hautes performances. L’étude a été publiée dans la revue Applied Physics Letters.
Le professeur Motome Iwaya a déclaré que les lasers ultraviolets profonds à base d'AlGaN existants utilisent des matériaux isolants tels que le saphir et l'AlN pour obtenir des cristaux de haute qualité. Mais comme le courant circule latéralement dans ces dispositifs, pour améliorer leur rendement lumineux, les scientifiques ont exploré des dispositifs verticaux, dans lesquels les électrodes p et n se font face dans une jonction pn. Mais depuis quelques années, des configurations verticales ont été utilisées pour réaliser des dispositifs semi-conducteurs de haute puissance. Mais pour les lasers à semi-conducteurs, le développement de telles configurations stagne et n’a pas encore été réalisé pour les dispositifs émetteurs de lumière ultraviolette profonde à base de nitrure d’aluminium. À cette fin, les chercheurs ont d’abord fabriqué du nitrure d’aluminium de haute qualité sur un substrat saphir. Des nanopiliers périodiques en nitrure d'aluminium ont ensuite été formés et déposés avec des structures laser à base de nitrure d'aluminium.
L’équipe a utilisé une technique innovante de décapage laser basée sur des lasers à semi-conducteurs pulsés pour dénuder les structures du dispositif du substrat. Ils ont également développé un procédé semi-conducteur pour fabriquer les électrodes, les structures de limitation de courant et les couches isolantes nécessaires aux oscillations laser, ainsi qu'une méthode de clivage utilisant des lames pour former d'excellents résonateurs optiques. La diode laser à semi-conducteur UV-B profond à base d'AlGaN qui en résulte possède des propriétés nouvelles et uniques. Il fonctionne à température ambiante, émet une lumière extrêmement vive à 298,1 nm, possède un courant de seuil bien défini et une forte polarisation électrique transversale. Les chercheurs ont également observé un motif de champ lointain en forme de point spécifique au laser, confirmant les oscillations de l'appareil.
L'étude démontre que les appareils verticaux peuvent fournir des courants élevés pour le fonctionnement d'appareils de forte puissance. À l’avenir, elle jouera un rôle plus important dans de nouveaux processus de fabrication rentables pour les véhicules électriques et l’intelligence artificielle, entre autres. Et les chercheurs espèrent également que les lasers UV verticaux à base de nitrure d’aluminium trouveront des applications pratiques dans les domaines médical et manufacturier.