Realisasi Output Optik Tinggi Laser Semikonduktor Ultraviolet Vertikal! Aplikasi Praktis yang Menjanjikan di Bidang Kedokteran Dan Pengolahan Laser

Baru-baru ini, tim peneliti Jepang telah membuat perangkat laser semikonduktor pemancar ultraviolet dalam vertikal berbasis AlGaN, yang diharapkan dapat diterapkan di bidang pemrosesan laser, bioteknologi, dan kedokteran.
Seperti kita ketahui bersama, sinar ultraviolet (UV) merupakan gelombang elektromagnetik dengan rentang panjang gelombang 100 hingga 380 nm. Panjang gelombang ini dapat dibagi menjadi tiga wilayah: UV-A (315-380 nm), UV-B (280-315 nm), dan UV-C (100-280 nm). ), dua wilayah terakhir mengandung sinar ultraviolet dalam.
Sumber cahaya laser yang memancarkan wilayah UV, seperti laser gas dan laser solid-state berdasarkan harmonik laser yttrium-aluminium-garnet, dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk bioteknologi, perawatan dermatologis, proses pengawetan UV, dan laser. pengolahan. Namun, laser tersebut memiliki ukuran yang besar, konsumsi daya yang tinggi, rentang panjang gelombang yang terbatas, dan efisiensi yang rendah.

Dalam beberapa tahun terakhir, pengembangan laser semikonduktor berkinerja tinggi yang menghasilkan cahaya dengan menyuntikkan arus telah dipromosikan seiring dengan perkembangan teknologi manufaktur yang berkelanjutan. Ini termasuk perangkat pemancar sinar ultraviolet berdasarkan bahan semikonduktor aluminium galium nitrida AlGaN. Namun, daya keluaran optik maksimumnya di wilayah UV dalam hanya sekitar 150 mW, jauh di bawah daya yang dibutuhkan untuk aplikasi medis dan industri. Meningkatkan arus injeksi perangkat sangat penting untuk meningkatkan daya keluaran. Hal ini memerlukan peningkatan ukuran perangkat dan juga perlu memastikan bahwa arus mengalir secara merata di perangkat.
Dalam konteks penelitian ini, tim peneliti Jepang yang dipimpin oleh Prof. Motome Iwaya dari Departemen Sains dan Teknik Material di Universitas Meijo telah berhasil mengembangkan dioda laser semikonduktor UV-B tipe AlGaN vertikal berkinerja tinggi. Studi ini dipublikasikan di jurnal Applied Physics Letters.
Prof Motome Iwaya telah menyatakan bahwa laser ultraviolet dalam berbasis AlGaN yang ada menggunakan bahan isolasi seperti safir dan AlN untuk mendapatkan kristal berkualitas tinggi. Namun karena arus mengalir secara lateral pada perangkat ini, untuk meningkatkan keluaran cahayanya, para ilmuwan mengeksplorasi perangkat vertikal, di mana elektroda p dan n saling berhadapan dalam sambungan pn. Namun selama beberapa tahun terakhir, konfigurasi vertikal telah digunakan untuk mewujudkan perangkat semikonduktor berdaya tinggi. Namun untuk laser semikonduktor, pengembangan konfigurasi seperti itu stagnan dan belum terealisasi untuk perangkat pemancar cahaya ultraviolet dalam yang berbahan dasar aluminium nitrida. Untuk mencapai tujuan ini, para peneliti pertama kali membuat aluminium nitrida berkualitas tinggi pada substrat safir. Pilar nano aluminium nitrida periodik kemudian dibentuk dan diendapkan dengan struktur laser berbasis aluminium nitrida.
Tim menggunakan teknik pengupasan laser inovatif berdasarkan laser solid-state berdenyut untuk melepaskan struktur perangkat dari substrat. Mereka juga mengembangkan proses semikonduktor untuk membuat elektroda, struktur pembatas arus, dan lapisan isolasi yang diperlukan untuk osilasi laser, dan metode pembelahan menggunakan bilah untuk membentuk resonator optik yang sangat baik. Dioda laser semikonduktor UV-B dalam berbasis AlGaN yang dihasilkan memiliki sifat baru dan unik. Ia beroperasi pada suhu kamar, memancarkan cahaya yang sangat tajam pada 298,1 nm, memiliki arus ambang batas yang jelas dan polarisasi listrik melintang yang kuat. Para peneliti juga mengamati pola medan jauh seperti titik laser, yang mengkonfirmasi osilasi perangkat.
Studi tersebut menunjukkan bahwa perangkat vertikal dapat menyediakan arus tinggi untuk pengoperasian perangkat berdaya tinggi. Di masa depan, perusahaan ini akan memainkan peran yang lebih besar dalam proses fabrikasi baru yang hemat biaya, antara lain kendaraan listrik dan kecerdasan buatan. Dan para peneliti juga berharap laser UV vertikal berbasis aluminium nitrida akan dapat diterapkan secara praktis di bidang medis dan manufaktur.