Les lasers semi-conducteurs conventionnels, tels que les lasers de cavité Fabry - Pérot (FP), les lasers de rétroaction distribuée (DFB) et les lasers émettant de la cavité verticale (VCSELS), ne peuvent pas atteindre simultanément le fonctionnement de la puissance à haute puissance, et un petit angle émittant de divergence (3}}, cependant, les las émotionnels de la surface crimaceuse (3}} (3}, les Las-émissants (PCSELLS) (3}}, les pCSELS (PCSELLS) (3}}, les pCSELS de surface crimace-crise (PCSELLS). Diffraction de Bragg dans les cristaux photoniques bidimensionnels pour obtenir une sortie laser monomode haute puissance avec un petit angle de divergence (figure 1), ce qui en fait l'un des sujets de recherche chauds à la fois au niveau national et international .
Les matériaux semi-conducteurs à base de nitrure de gallium (GAN) ont une bande interdite directe, avec des longueurs d'onde d'émission couvrant la visible du spectre ultraviolet visible, ce qui les rend appropriés pour la fabrication PCSEL . Communication sous-marine, communication interstellaire, horloges atomiques de puce, exploration en espace profond, radar atomique et médecine laser, attirant une attention généralisée .
Figure 1. Diagrammes structurels, angles de divergence typiques et caractéristiques spectrales de sortie des lasers émettants FP, lasers émettant des bords DFB, VCSEL et PCSELS ., VCSELS et PCSELS .
L'équipe du professeur Noda à l'Université de Kyoto au Japon a d'abord proposé le concept de PCSEL en 1999 et a signalé la première électro-injection à température ambiante lasant des PCSEL violets basés sur GAN en Science 319, 445 (2008) . Par la suite, en collaboration avec la société de Stanley du Japon dans la société de Nichia de Nichia en aval de la société de Nichia en avance en outre la longueur de Nichia de Gan en avance de Gan de Gan en avance de Gan de la grandeur de Gan de Gan. Les bandes lumineuses bleues et vertes . Actuellement, seul le Japon a atteint l'émission induite par l'injection électrique de PCSELS à base de Gan globalement .
En collaboration avec le laboratoire clé du matériel et des puces d'affichage des semi-conducteurs et le laboratoire Suzhou, tous deux établies par l'Institut Suzhou de nanotechnologie et de nanoscience de l'Académie chinoise des sciences, un laser de surface de cristal photonique basé sur le GAN a été accéléré par le lasage électro-injection à l'injection de la température couchée .
The research team first simulated and designed the structure of the GaN-based PCSEL device, then epitaxially grew high-quality GaN-based laser materials, and developed low-damage photonic crystal etching and passivation processes to fabricate the GaN-based PCSEL device, with a photonic crystal area size of 400×400 μm² (Figure 2). By measuring the band structure of the GaN-based PCSEL in the Direction γ-X en utilisant la spectroscopie résolue par angle (figure 3), il a été observé que: aux courants d'injection faibles, la structure de la bande est claire, le mode C ayant l'intensité la plus élevée; À mesure que le courant augmente, l'intensité du mode non radiatif B s'améliore considérablement jusqu'à ce que le lasage se produise . en mesurant la structure de la bande, il a été déterminé que le dispositif se lâche en mode fondamental B, avec un mode demi-largeur d'environ 0 . 05 nm près du courant de seuil.
Figure 2. (a) Diagramme schématique de la structure PCSEL à base de GaN, (b) structure de bande cristalline photonique obtenue à partir de tests de pompage optique, et (c) surface et (d) des images de microscope électronique à balayage à balayage photonique .
Figure 3. (A - E) Structure de la bande du PCSEL à base de Gan dans la direction γ - X mesurée à différents courants d'injection, (f) Courbe montrant la variation de la longueur d'onde de pointe et de la demi-largeur spectrale du PCSEL à base de Gan avec un courant d'injection .
Sur la base des travaux ci-dessus, l'équipe de recherche a réalisé un laser d'injection électrique à température ambiante d'un laser émettant de la surface de cristal photonique à base de GAN (figure 4), avec une longueur d'onde laser d'environ 415 nm, un courant de seuil de 21. 96 a, un seuil de densité approximativement 13 . puissance d'environ 170 MW. Dans l'étape suivante, l'équipe prévoit d'utiliser des substrats monocristallins GAn de haute qualité pour concevoir une nouvelle structure PCSEL à base de GaN et surmonter les défis de la fabrication de périphériques PCELS et une technologie de gestion de l'emballage / thermique pour obtenir une sortie laser monomode haute puissance (10 à 100 W).
Figure 4. PCSEL à base de gan: (a) Spectres d'électroluminescence à différents courants d'injection, (b) Courbes de tension de courant de puissance optique, (c) Spot de champ loi
