Tavanomaiset puolijohdelaserit, kuten Fabry-Pérot (FP) onkalolaserit, hajautetut palautteen (DFB) laserit ja pystysuora-kaviteetin pinnan säteilevät laserit (VCSels), eivät pysty samanaikaisesti saavuttamaan yksimoodia, korkeatehotuottoa ja pientä eroavaista kulmaa .. Bragg-diffraktio kaksiulotteisissa fotonisissa kiteissä suuritehoisten, yksimoodin laserlähtöjen saavuttamiseksi pienellä divergenssikulmalla (kuva 1), mikä tekee niistä yhden kuuman tutkimusaiheesta sekä kotimaassa että kansainvälisesti .
Gallium-nitridi (GAN) -pohjaisissa puolijohdemateriaaleissa on suora kaistanlevy, ja säteilyaallonpituudet, jotka kattavat näkyvän syvälle ultraviolettispektrille, tarjoavat etuja, kuten korkea valaistustehokkuus ja erinomainen kemiallinen vakaus, joten ne sopivat PCSEL-valmistukseen. Vedenalainen viestintä, tähtienvälinen viestintä, siru-atomikellot, syvän avaruuden etsintä, atomitutka ja laserlääketiede houkuttelemalla laajaa huomiota .
Kuva 1. rakenteelliset kaaviot, tyypilliset FP-reunan säteilevien laserien, DFB-reunan säteilevien laserien, VCSELien ja PCSelien lähtöspektrin ominaisuudet ja PCSels . lähtöspektrin ominaisuudet ja lähtöspektrin ominaisuudet .
Japanin Kioton yliopiston professori Nodan ryhmä ehdotti ensin PCSEL-käsitettä vuonna 1999 ja ilmoitti Gan-pohjaisten violettitietojen ensimmäisestä huoneenlämpötilasta 319, 445 (2008) .}., yhteistyössä Japanin Stanley Company -yhtiön kanssa 2022: n ja Japan-yrityksen kanssa. PCSels sinisen ja vihreän valon kaistalle . on tällä hetkellä vain Japani saavuttanut GaN-pohjaisten PCSELien sähköisen injektion aiheuttaman päästöt maailmanlaajuisesti .
Yhteistyössä puolijohteiden näyttömateriaalien ja sirujen ja Suzhou-laboratorion avainlaboratorion kanssa, jotka ovat molemmat perustettuja Suzhou-tiedeakatemian Nanoteknologian ja nanotieteiden perustama GaN-pohjainen fotoninen kidepinta-Laser (PCSEL), joka oli äskettäin kehitetty ja 4}}}}}}}}}}
Tutkimusryhmä simuloi ja suunnitteli ensin GaN-pohjaisen PCSEL-laitteen rakenteen, sitten epitaksiaalisesti kasvatti korkealaatuista GaN-pohjaista lasermateriaalia ja kehitti matalan vaurioituneen fotonisen kristallien etsaus- ja passivointiprosessit GaN-pohjaisen PCSEL-laitteen valmistamiseksi, jossa fotoninen kide-alueen koko 400 × 400 μm² (kuva 2) . mitamalla kaistapohjaista rakennetta ga-in the Gan -sovellusta. Γ-X-suunta käyttämällä kulmassa olevaa spektroskopiaa (kuvio 3) havaittiin, että: alhaisissa injektiovirroissa kaistan rakenne on selkeä, tilassa C on suurin intensiteetti; Kun virta kasvaa, ei-säteilymoodin B intensiteetti parantaa merkittävästi, kunnes laski tapahtuu . mittaamalla kaistan rakenne, määritettiin, että laite laskee perustilassa B, ja moodin puoliksi leveys on noin 0 . 05 nm lähellä kisarahoitusta.
Kuva 2. (a) GaN-pohjaisen PCSEL-rakenteen kaavio, (b) fotoninen kidekaistan rakenne, joka on saatu optisista pumppauskokeista ja (c) pinta- ja (d) poikkileikkaukselliset skannaavat elektronimikroskooppikuvat fotonisen kide .}}
Kuva 3. (a-e) GaN-pohjaisen PCSEL-kaistan rakenne y-x-suunnassa mitattuna eri injektiovirroilla, (f) käyrä, joka näyttää GaN-pohjaisen PCSEL: n piikin aallonpituuden ja spektrin puolileveyden vaihtelun injektiovirralla .}}}}}}}}}}}}}}
Edellä esitetyn työn perusteella tutkimusryhmä saavutti GaN-pohjaisen fotonisen fotonisen kidepinnan säteilevän laserin (kuva 4) huoneenlämpöisen sähköinjektion laskun, jonka laskimoiden aallonpituus on noin 415 nm, 21 . 96 a: n kynnysvirta, joka vastaa noin 13. 7 kM: n kynnyksen virransuuntausta. noin 170 MW. Seuraavassa vaiheessa ryhmä aikoo käyttää korkealaatuisia GAN-yksikristallisubstraatteja uuden GAN-pohjaisen PCSEL-rakenteen suunnitteluun ja haasteiden ratkaisemiseen PCSEL-laitteiden valmistuksessa ja pakkaus-/lämpöhallintatekniikassa suuritehoisen (10–100 W) yksimoodin laserlähtöön saavuttamiseksi.
Kuva 4. GAN-pohjainen PCSEL: (a) Elektroluminesenssispektrit eri injektiovirroilla, (b) lähtö optiset tehonvirtajännite-käyrät, (c) kaukakenttäpisteen ja (d) ennen ja (e) GaN-pohjaisen PCSEL-laskennan . jälkeen
