Conventional semiconductor lasers, such as Fabry–Pérot (FP) cavity lasers, distributed feedback (DFB) lasers, and vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs), cannot simultaneously achieve single-mode operation, high power output, and a small divergence angle. However, photonic crystal surface-emitting lasers (PCSELs) Memanfaatkan difraksi bragg dalam kristal fotonik dua dimensi untuk mencapai output laser mode tinggi, mode tunggal dengan sudut divergensi kecil (Gambar 1), menjadikannya salah satu topik penelitian panas baik di dalam negeri maupun internasional .
Bahan semikonduktor berbasis gallium nitrida (Gan) memiliki celah pita langsung, dengan panjang gelombang emisi yang mencakup spektrum ultraviolet yang terlihat dalam, menawarkan keunggulan seperti pajangan luminous yang tinggi, petak yang sesuai dengan pcsel yang sesuai dengan pcsel {. gan berbasis gan. pencahayaan laser, komunikasi bawah laut, komunikasi antarbintang, jam atom chip, eksplorasi ruang-dalam, radar atom, dan obat laser, menarik perhatian luas .
Gambar 1. Diagram struktural, sudut divergensi medan jauh yang khas, dan karakteristik spektral output dari laser pemancar tepi Fp, laser pemancar tepi DFB, vcsels, dan pcsels .
Tim Profesor Noda di Universitas Kyoto di Jepang pertama kali mengusulkan konsep pcsels pada tahun 1999 dan melaporkan lasing injeksi elektro suhu-rangkai pertama dari pcsels berbasis gan berbasis pcsels di sains 345 (2008) . selanjutnya, mereka bekerja sama dengan perusahaan Stanley di tahun 2022 dan Jepang di NICHAV di Nichael dan Jepang di Jepang NICHAF Jepang di Jepang NICHA. ke pita lampu biru dan hijau . Saat ini, hanya Jepang yang telah mencapai emisi pcsels berbasis gan yang diinduksi secara global .
Bekerja sama dengan laboratorium utama bahan tampilan semikonduktor dan keripik dan laboratorium Suzhou, keduanya didirikan oleh Institut Nanoteknologi Suzhou dan Nanosains dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, laser yang dicapai dengan elektro-injeksi yang dicapai oleh PCSel (PCSEL) baru-baru ini dikembangkan, dan rangkaian-temperature-injection laser (PCSEL) baru-baru ini dikembangkan, dan ruang-temperature-injection laser (room-injection laser (PCSEL) baru-baru ini dikembangkan, dan ruang-temperature-injection lasing (rangkai-injeksi rangkai-injeksi rangkai-injeksi rangkai-injeksi room-injection-injection-injection-injection-incure-in-injection baru-baru ini
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 Γ-X Arah menggunakan spektroskopi yang diselesaikan sudut (Gambar 3), diamati bahwa: pada arus injeksi rendah, struktur pita jelas, dengan mode C memiliki intensitas tertinggi; Seiring meningkatnya arus, intensitas mode non-radiatif B secara signifikan meningkat sampai lasing terjadi . dengan mengukur struktur pita, ditentukan bahwa perangkat lase dalam mode fundamental B, dengan mode setengah lebar sekitar 0 {{17} 05 nm dekat arus threshold.
Gambar 2. (a) Diagram skematik dari struktur PCSEL berbasis GaN, (b) struktur pita kristal fotonik yang diperoleh dari uji pemompaan optik, dan (c) permukaan dan (d) pemindaian cross-sectional gambar mikroskop elektron dari kristal fotonik .
Gambar 3. (a-e) Struktur pita dari PCSel berbasis GaN dalam arah γ-X diukur pada arus injeksi yang berbeda, (f) kurva yang menunjukkan variasi panjang gelombang puncak dan setengah spektral dari PCSEL berbasis gan dengan arus injeksi .
Berdasarkan pekerjaan di atas, tim peneliti mencapai laser injeksi listrik suhu-ruang-suhu dari laser pemancar permukaan kristal berbasis GAN (Gambar 4), dengan panjang gelombang penguat sekitar 415 nm, arus ambang batas 21 {{8} 96 a, threshold terkroneksi saat ini dari 13 {{8} 96 a, a nm {8 {8} {8 {{8} {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 { sekitar 170 mw. Pada langkah berikutnya, tim berencana untuk menggunakan substrat kristal tunggal GaN berkualitas tinggi untuk merancang struktur PCSEL berbasis GAN baru dan mengatasi tantangan dalam fabrikasi perangkat PCSEL dan teknologi pengemasan/manajemen termal untuk mencapai output laser mode tunggal daya tinggi (10-100 W).
Gambar 4. PCSel berbasis GAN: (a) Spektrum elektroluminesensi pada arus injeksi yang berbeda, (b) output kurva volrent-arus optik, (c) spot medan jauh, dan (d) sebelum dan (e) setelah gambar dekat-lapangan pcsel lasing ..}}}}}}}}}} {}} {7} {7} {7} {7} {{7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} gan
