Wetenschappers van de Universiteit van Nagoya, in samenwerking met Asahi Kasei Corporation, hebben een laserdiode ontworpen die diep ultraviolet licht uitstraalt, en een artikel in het tijdschrift hebben gepubliceerd Technische Natuurkunde Express .

"Onze laserdiode zendt 's werelds kortste lasergolflengte uit bij 271,8 nanometer (nm), onder gepulseerde [elektrische] stroominjectie bij kamertemperatuur, ", zegt professor Chiaki Sasaoka van het Center for Integrated Research of Future Electronics van de Nagoya University.

Eerdere inspanningen bij de ontwikkeling van ultraviolette laserdiodes waren er slechts in geslaagd om emissies tot 336 nm te bereiken, legt Sasaoka uit.

Laserdiodes die ultraviolet licht met een korte golflengte uitstralen, die UV-C wordt genoemd en zich in het golflengtegebied van 200 tot 280 nm bevindt, kan worden gebruikt voor desinfectie in de gezondheidszorg, voor de behandeling van huidaandoeningen zoals psoriasis, en voor het analyseren van gassen en DNA.

De diep-ultraviolette laserdiode van de Universiteit van Nagoya overwint verschillende problemen die wetenschappers tegenkomen bij hun werk aan de ontwikkeling van deze halfgeleidende apparaten.

Het team gebruikte een hoogwaardig aluminiumnitride (AlN) substraat als basis voor het opbouwen van de lagen van de laserdiode. Dit, ze zeggen, is noodzakelijk, aangezien AlN van lagere kwaliteit een groot aantal defecten bevat, die uiteindelijk van invloed zijn op de efficiëntie van de actieve laag van een laserdiode bij het omzetten van elektrische in lichtenergie.

Bij laserdiodes, een 'p-type' en 'n-type' laag worden gescheiden door een kwantumput. Wanneer een elektrische stroom door een laserdiode wordt geleid, positief geladen gaten in de p-type laag en negatief geladen elektronen in de n-type laag stromen naar het centrum om te combineren, energie vrijgeven in de vorm van fotonen.

De onderzoekers ontwierpen de kwantumput zo dat deze diep UV-licht zou uitstralen. De p- en n-type lagen waren gemaakt van aluminium galliumnitride (AlGaN). Bekledingslagen, ook gemaakt van AlGaN, werden aan weerszijden van de p- en n-type lagen geplaatst. De bekleding onder de n-type laag bevatte siliciumonzuiverheden, een proces dat doping wordt genoemd. Doping wordt gebruikt als een techniek om de eigenschappen van een materiaal te wijzigen. De bekleding boven de p-type laag onderging gedistribueerde polarisatiedotering, die de laag dopt zonder onzuiverheden toe te voegen. Het aluminiumgehalte in de p-side bekleding is zo ontworpen dat het onderaan het hoogst was, naar boven toe afnemend. De onderzoekers geloven dat deze aluminiumgradiënt de stroom van positief geladen gaten verbetert. Ten slotte werd een bovenste contactlaag toegevoegd die was gemaakt van p-type AlGaN gedoteerd met magnesium.

De onderzoekers ontdekten dat de polarisatiedotering van de p-side bekledingslaag betekende dat een gepulseerde elektrische stroom van "opmerkelijk lage bedrijfsspanning" van 13,8 V nodig was voor de emissie van "de kortste golflengte die tot nu toe is gerapporteerd".

Het team voert nu geavanceerd gezamenlijk onderzoek uit met Asahi Kasei Corporation om continue diep-UV-lasering bij kamertemperatuur te bereiken voor de ontwikkeling van UV-C-halfgeleiderlaserproducten.