Nichia Corporation u Kyoto University fil-Ġappun jirrapportaw li jestendu l-kapaċitajiet tal-lasers li jarmu l-wiċċ tal-kristall fotoniku (PCSELs) għall-faxxa ħadra tal-ispettru viżibbli [Natsuo Taguchi et al, Appl. Phys. Express, v17, p012002, 2024].
Ir-riċerkaturi jiddeskrivu l-iżvilupp ta 'PCSELs aħdar bħala "primittiv" meta mqabbel ma' PCSELs blu jew dajowds tal-lejżer li jarmu t-tarf aħdar u dajowds tal-lejżer li jarmu l-wiċċ b'kavità vertikali. Madankollu, it-tim jittama li dawn l-apparati jkunu attraenti għal applikazzjonijiet bħall-ipproċessar tal-materjali, dawl ta 'luminożità għolja, u wirjiet.
Il-kristalli fotoniċi (PCs) jużaw struttura ta 'kannizzata bidimensjonali ta' materjali b'indiċi refrattivi differenti biex jikkontrollaw l-imġieba ottika. Ir-riċerkaturi għandhom aspettattiva partikolari li PCSELs jużaw dan il-kontroll biex jagħmluha aktar faċli li tinkiseb imġieba ta 'modalità waħda b'potenzi ogħla ta' output, u b'hekk itejbu l-kwalità tar-raġġ.
Ir-riċerkaturi kkummentaw, "Billi jisfruttaw is-singularitajiet (eż., Γ) tal-kristalli fotoniċi, PCSEL jikseb oxxillazzjonijiet vertikali u laterali b'mod wieħed kif ukoll raġġi ta 'radjazzjoni ta' diverġenza baxxa b'angoli inqas minn 0.2 grad ." PCSEL jifrex ukoll il-qawwa ottika fuq volum ta 'resonatur akbar, u b'hekk tevita ħsara ottika katastrofika (COD) ikkawżata minn densità ottika intensa.
Kristalli fotoniċi ġew iffurmati fis-saff ta 'kuntatt p-GaN tal-materjal epitassjali PCSEL bl-użu ta' materjal ta 'mili ta' dijossidu tas-silikon (SiO2) aktar milli arja, li kien aktar komuni fi studji preċedenti (Fig. 1). It-tkabbir tas-saff attiv u mbagħad il-ħolqien tal-kristall fotoniku jippermetti li l-kostanti tal-kannizzata (a) tal-kristall fotoniku tiġi aġġustata skont il-wavelength tal-gwadann imkejjel tas-saff attiv tal-istruttura epitassjali.
Figura 1: Struttura ta 'PCSEL ibbażat fuq GaN b'wavelength aħdar: (a) Sezzjoni trasversali taċ-ċippa maqtugħa; (b) (fuq) Immaġini tal-mikroskopju elettroniku tal-iskannjar (SEM) tal-kristall fotoniku fuq il-wiċċ p-GaN wara t-tneħħija tal-elettrodi ITO; (qiegħ) Skema ta 'disinn tal-kristall fotoniku b'kannizzata doppja.
Il-mili tal-kannizzata b'SiO2 jipprevjeni li l-kurrent tat-tnixxija jgħaddi mill-partiċelli konduttivi fuq il-ħitan tal-ġnub tat-toqob tal-kannizzata, li jwassal għal kontroll tal-kurrent aktar stabbli u kurrenti mnaqqsa ta 'tnixxija parassitika. SiO2 itejjeb ukoll l-indiċi refrattiv effettiv tas-saff tal-kristall fotoniku, li jikkawża modalità ta 'gwida biex timxi lejn il-kristall fotoniku u ttejjeb l-akkoppjar mal-kamp ottiku.
Żvantaġġ wieħed ta 'l-użu ta' SiO2 huwa li jnaqqas il-kuntrast ta 'l-indiċi refrattiv bejn il-kristall fotoniku u GaN, li jagħmilha aktar diffiċli biex tikkontrolla l-mewġ tad-dawl fil-pjan tal-kristall fotoniku. Biex jikkumpensaw għal dan, ir-riċerkaturi żiedu d-dijametru tat-toqob tal-kannizzata u użaw struttura ta 'kannizzata doppja, fejn ċellula ta' unità tikkonsisti f'żewġ toqob tal-kannizzata kkumpensati b'0.4a fid-direzzjonijiet x u y. Dan sar, qalu r-riċerkaturi, biex "jinkiseb biżżejjed konfinament u akkoppjar fil-pjan anki jekk il-kuntrast tal-indiċi refrattiv bejn il-p-GaN u SiO2 li jimlew il-kristall fotoniku huwa baxx."
Il-proċess tal-formazzjoni tal-kristall fotoniku jinvolvi d-depożitu ta 'konduttur trasparenti tal-ossidu tal-landa tal-indju (ITO) fuq materjal epitassjali tan-nitrur tal-grupp III, imbagħad ittaqqab it-toqob tal-kannizzata tal-kristall fotoniku b'inċiżjoni tal-jone reattiva tal-plażma akkoppjata b'mod induttiv (ICP-RIE), u mbagħad timlahom b'SiO2 bl-użu ta' depożizzjoni kimika tal-fwar fil-plażma (CVD). il-materjal ITO tneħħa mill-istruttura, u ħalla reġjun taċ-ċentru ċirkolari b'dijametru ta' 300-µm bħala l-elettrodu p u l-kristall p-GaN bħala l-elettrodu p. reġjun taċ-ċentru ċirkolari li jservi bħala kondjuwit bejn il-p-elettrodu u p-GaN.
Ir-riċerkaturi jirrappurtaw li ċ-ċentru tal-pilastri mimlija SiO2-fil-kristall fotoniku fih toqba żgħira tal-arja, skont l-immaġni tal-mikroskopija elettronika tal-iskannjar. It-tim ikkummenta, "Il-forma tat-toqba tal-arja hija uniformi fi ħdan il-pjan tal-kristall fotoniku, u għalhekk huwa maħsub li l-preżenza tat-toqba tal-arja ma taffettwax b'mod sinifikanti l-prestazzjoni tal-PCSEL."
Qabel ma jitlesta l-proċess tal-fabbrikazzjoni tal-apparat, is-saff n-GaN jeħtieġ li jkun inċiż fuq il-mejda u mbagħad SiO2 jiġi depożitat biex ikopri t-tabella (ħlief għaż-żona ċentrali tal-ITO); p-elettrodi u n-elettrodi huma depożitati fuq l-uċuħ ta 'fuq u ta' isfel, rispettivament; u kisja anti-riflettiva (AR) hija applikata għaż-żona tal-ħruġ tal-laser ċirkolari tal-qiegħ. L-apparat imbagħad inqatgħu u nqalbu fuq sub-mount għall-kejl tal-prestazzjoni.
L-apparat b'kostanti tal-kannizzata tal-kristall fotonika ta' 210 nm kiseb qawwa massima tal-ħruġ ta' madwar 50 mW f'kurrent ta' injezzjoni ta' 5 A li jiġġenera 500 ns impulsi bi frekwenza ta' ripetizzjoni ta' 1 kHz. L-effiċjenza ta 'konverżjoni elettro-ottika tagħha (WPE) kienet 0.1%. Il-limitu tal-lasing intlaħaq f'densità ta 'kurrent ta' 3.89 kA/cm2. L-effiċjenza tal-inklinazzjoni kienet 0.02 W/A. Il-laser tal-ħruġ kien polarizzat b'mod lineari bi proporzjon ta 'polarizzazzjoni ta' 0.8. L-angolu tad-diverġenza tal-mudell tal-kamp imbiegħed ċirkolari (FFP) kien 0.2 gradi. Il-wavelength tal-lejżer kien 505.7 nm.
Il-wavelength tal-lejżer jista 'jiġi sintonizzat sa ċertu punt meta l-parametru tal-kannizzata tal-kristall fotoniku a huwa varjat bejn 210 nm u 217 nm (Fig. 2). Il-wavelength massimu tal-emissjoni tal-apparat ta '217 nm huwa 520.5 nm. il-quċċata tal-qligħ tas-saff attiv huwa ta 'madwar 505 nm, għalhekk huwa aktar diffiċli li tipproduċi dawl tal-lejżer f'wavelengths itwal, li jwassal għal żieda fil-limitu biż-żieda fil-kostanti tal-kannizzata tal-kristall fotonika.
Ir-riċerkaturi jirrappurtaw ukoll li xi apparati b'kostanti ta 'kannizzata tal-kristall fotonika għolja jarmu lasing ta' banda ċatta b'mudelli lineari ta 'kamp imbiegħed. It-tim jattribwixxi tali lasing flat-band għal varjazzjonijiet fl-istruttura tal-kristall fotonika u għall-koeffiċjent ta 'akkoppjar relattivament baxx tal-kristall fotoniku.
Ir-riċerkaturi kkummentaw, "L-effiċjenza tal-konverżjoni elettro-ottika tista 'titjieb billi jiġi ottimizzat is-saff tal-kristall fotoniku u s-saff tal-kristall epitassjali. Għal kristalli fotoniċi, akkoppjar fil-pjan u radjazzjoni vertikali huma mistennija billi tiġi ottimizzata l-ġeometrija. Is-saff tal-kristall epitassjali għandu tkun iddisinjata biex timmassimizza s-saħħa tal-modi ta 'gwida fundamentali fir-reġjun tal-kristall fotoniku, filwaqt li tqis ukoll it-telf mhux luminixxenti ta' trasportaturi injettati."
Ħtieġa urġenti għal riċerka futura hija r-realizzazzjoni ta 'operazzjoni ta' mewġ kontinwu.
