垂直型紫外半導体レーザーの高光出力を実現！ 医療やレーザー加工分野での実用化が期待

最近、日本の研究チームは、レーザー加工、バイオテクノロジー、医療分野への応用が期待されているAlGaNベースの垂直深紫外発光半導体レーザー素子を作製した。
周知のとおり、紫外線 (UV) は、100 ～ 380 nm の波長範囲を持つ電磁波です。 これらの波長は、UV-A (315-380 nm)、UV-B (280-315 nm)、UV-C (100-280 nm) の 3 つの領域に分けることができます。 )、後の 2 つの領域には深紫外光が含まれています。
イットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザーの高調波に基づくガスレーザーや固体レーザーなど、紫外領域で発光するレーザー光源は、バイオテクノロジー、皮膚科治療、UV硬化プロセス、レーザーなどの幅広い用途に使用できます。処理。 しかし、このようなレーザーはサイズが大きく、消費電力が高く、波長範囲が限られており、効率が低いという問題があります。

近年、製造技術の発展と並行して、電流を注入することで光を発生する高性能な半導体レーザーの開発が進められています。 これらには、窒化アルミニウムガリウムAlGaNという半導体材料をベースにした紫外線発光デバイスが含まれます。 ただし、深紫外領域での最大光出力はわずか約 150 mW であり、医療および産業用途に必要な出力をはるかに下回っています。 デバイスの注入電流を増加させることは、出力電力を増加させるために重要です。 これにはデバイスのサイズを大きくする必要があり、デバイス内に電流が均一に流れるようにする必要もあります。
この研究に関連して、名城大学物質理工学部の岩屋求教授率いる日本の研究チームは、高性能縦型AlGaN型UV-B半導体レーザーダイオードの開発に成功した。 この研究は『Applied Physics Letters』誌に掲載された。
岩屋求教授は、既存のAlGaNベースの深紫外レーザーは、高品質の結晶を得るためにサファイアやAlNなどの絶縁材料を利用していると述べています。 しかし、これらのデバイスでは電流が横方向に流れるため、光出力を向上させるために、科学者は、p 電極と n 電極が pn 接合で互いに向き合う縦型デバイスを研究しました。 しかし、ここ数年、高出力半導体デバイスを実現するために縦型構成が使用されてきました。 しかし、半導体レーザーの場合、そのような構成の開発は停滞しており、窒化アルミニウムをベースとする深紫外発光デバイスではまだ実現されていない。 この目的を達成するために、研究者らはまずサファイア基板上に高品質の窒化アルミニウムを作製した。 次に、周期的な窒化アルミニウムのナノピラーが形成され、窒化アルミニウムベースのレーザー構造が堆積されました。
研究チームは、パルス固体レーザーに基づく革新的なレーザー剥離技術を利用して、基板からデバイス構造を剥離しました。 また、レーザー発振に必要な電極、電流制限構造、絶縁層を作製する半導体プロセスや、優れた光共振器を形成するためのブレードを用いた劈開方法も開発した。 得られたAlGaNベースの深UV-B半導体レーザーダイオードは、斬新でユニークな特性を備えています。 室温で動作し、298.1 nm で非常に鋭い光を放射し、明確に定義されたしきい値電流と強い横方向電気分極を備えています。 研究者らはまた、レーザー特有のスポット状の遠視野パターンも観察し、デバイスの発振を確認した。
この研究は、縦型デバイスが高出力デバイスの動作に大電流を供給できることを実証しています。 将来的には、電気自動車や人工知能などの新しいコスト効率の高い製造プロセスにおいて、より大きな役割を果たすことになるでしょう。 また研究者らは、窒化アルミニウムベースの垂直UVレーザーが医療分野や製造分野で実用化されることを期待している。