ファブリー - ペロット（FP）キャビティレーザー、分散フィードバック（DFB）レーザー、垂直認知表面発光レーザー（VCSEL）などの従来の半導体レーザーは、同時にシングルモード動作、高出力、および小さな多様な角度を達成できません。ただし、フォトニック結晶表面放射レーザー（PCSEL）は、2次元のフォトニック結晶のブラッグ回折を利用して、小さな発散角で高出力のシングルモードレーザー出力を実現し（図1）、国内および国際的にホットな研究トピックの1つになります。
窒化ガリウム（GAN）ベースの半導体材料には直接バンドギャップがあり、発光波長は深い紫外線スペクトルに及び、高光学効率や優れた化学的安定性などの利点を提供し、PCSELの製造に適しています。 GANベースのPCSELは、新しいディスプレイ、材料加工、レーザー照明、水中通信、星間通信、チップ原子時計、ディープスペース探索、原子レーダー、レーザー薬などの新興分野で有望な用途を保持し、広範囲の注目を集めています。
図1。FPエッジエミットレーザー、DFBエッジエミッティングレーザー、VCSEL、PCSELの構造図、典型的な遠視野分岐角、および出力スペクトル特性。
日本の京都大学のノーダ教授のチームは、1999年に最初にPCSELの概念を提案し、Science 319、445（2008）におけるGanベースのバイオレットPCSELの最初の部屋温度電気噴射レーシングを報告しました。その後、2022年に日本のスタンレーカンパニーと2024年に日本のニチア社と協力して、彼らはさらにGANベースのPCSELの排出波長を青と緑の光のバンドに拡張しました。現在、日本のみがGANベースのPCSELの電気注射誘発性放出を世界中で達成しています。
半導体ディスプレイ材料とチップスの主要な研究所と協力して、どちらも中国科学アカデミーの蘇州ナノテクノロジー研究所とナノサイエンスによって設立された蘇州研究所と協力して、GANベースのフォトニッククリスタル表面発光レーザー（PCSEL）が最近開発され、室内テンペアの電気誘導レーシングが達成されました。
研究チームは、最初にGANベースのPCSELデバイスの構造をシミュレートして設計し、次にエピタックスのGANベースのレーザー材料をエピタックスに成長させ、低ダメージのフォトニッククリスタルエッチングとパッシベーションプロセスを開発して、GANベースのPCSELデバイスを作成し、4 0 0×400μm²（図2）のフォトニッククリスタル領域のサイズを製造しました。角度分解分光法を使用してGANベースのPCSELのバンド構造をγ-X方向に測定することにより（図3）、次のことが観察されました。電流が増加すると、非放射モードBの強度は、レーシングが発生するまで大幅に向上します。バンド構造を測定することにより、デバイスが基本モードBでレースをレースし、モードの半幅がしきい値電流の近くで約0.05 nmであると判断されました。
図2。（a）GANベースのPCSEL構造の概略図、（b）光ポンプ試験から得られたフォトニッククリスタルバンド構造、および（c）フォトニック結晶の断面走査型電子顕微鏡画像。
図3。（a – e）異なる噴射電流で測定されたγ– X方向のGanベースのPCSELのバンド構造、（f）注入電流を持つGANベースのPCSELのピーク波長とスペクトル半幅の変動を示す曲線。
上記の作業に基づいて、研究チームは、GANベースのフォトニッククリスタル表面発光レーザーの室温電気注射レーシングを達成しました（図4）。レーシング波長は約415 nm、21.96 A、対応するしきい値密度は約13.7 KA\/CMで、約170 MWのPEAK OUTPUTIP OUTPUTET OUTPUTEPUTERを達成しました。次のステップでは、チームは高品質のGANシングルクリスタル基板を使用して、新しいGANベースのPCSEL構造を設計し、PCSELデバイス製造とパッケージ\/サーマルマネジメントテクノロジーの課題を克服して、高出力（10〜100 W）のシングルモードレーザー出力を実現することを計画しています。
図4。GANベースのPCSEL：（a）異なる噴射電流でのエレクトロルミネッセンススペクトル、（b）出力光電流電圧曲線、（c）遠方フィールドスポット、および（d）GANベースのPCSELレーシングの近距離場画像の前後（e）
