Nichia Corporation og Kyoto háskólinn í Japan skýra frá útvíkkun á getu ljóseindakristalla yfirborðsgeisla leysira (PCSELs) til græna bandsins á sýnilega litrófinu [Natsuo Taguchi o.fl., Appl. Phys. Express, v17, p012002, 2024].
Rannsakendur lýsa þróun grænna PCSELs sem „frumstæðra“ samanborið við bláa PCSELs eða græna leysidíóða sem gefa út brúnir og leysidíóða sem gefa frá sér yfirborð í lóðréttu holi. Hins vegar vonast teymið til þess að þessi tæki verði aðlaðandi fyrir forrit eins og efnisvinnslu, lýsingu með mikilli birtu og skjái.
Ljósmyndandi kristallar (PC) nota tvívíða grindarbyggingu efna með mismunandi brotstuðul til að stjórna sjónhegðun. Rannsakendur hafa sérstakar væntingar til PCSELs til að nota þessa stjórn til að gera það auðveldara að ná fram einstillingarhegðun við hærri úttaksstyrk og bæta þannig geislagæðin.
Rannsakendur sögðu: "Með því að nýta sérstöðu (td Γ) ljóseindakristalla, nær PCSEL lóðréttum og hliðarsveiflum í einstillingu sem og geislunargeisla með litlum fráviki með horn minna en 0.2 gráður." PCSEL dreifir einnig sjónrænu aflinu yfir stærra resonator rúmmál, þannig að forðast skelfilegar sjónskemmdir (COD) af völdum mikillar sjónþéttleika.
Ljósmyndandi kristallar mynduðust í p-GaN snertilagi PCSEL epitaxial efnisins með því að nota fylliefni úr kísildíoxíði (SiO2) frekar en lofti, sem var algengara í fyrri rannsóknum (mynd 1). Með því að vaxa virka lagið og búa síðan til ljóseindakristallinn er hægt að stilla grindarfastann (a) ljóseindakristallsins í samræmi við mælda ávinningsbylgjulengd virka lagsins í epitaxial uppbyggingunni.
Mynd 1: Uppbygging GaN-undirstaða PCSEL með grænni bylgjulengd: (a) Þverskurður af skornu flísinni; (b) (efst) Skanna rafeindasmásjá (SEM) mynd af ljóseindakristalnum á p-GaN yfirborðinu eftir að ITO rafskautin hafa verið fjarlægð; (neðst) Dual-grindar ljóseindakristalhönnunarkerfi.
Að fylla grindurnar með SiO2 kemur í veg fyrir að lekastraumur fari í gegnum leiðandi agnir á hliðum grindarholanna, sem leiðir til stöðugri straumstýringar og minni lekastrauma af sníkjudýrum. leiðbeiningarhamur til að fara í átt að ljóseindakristalnum og eykur tenginguna við sjónsviðið.
Einn galli þess að nota SiO2 er að það dregur úr ljósbrotsvísitölu andstæða ljósskristallsins og GaN, sem gerir það erfiðara að stjórna ljósbylgjum í ljóskristallaplaninu. Til að vega upp á móti þessu jók rannsakendur þvermál grindarholanna og notuðu tvöfalda grindarbyggingu, þar sem einingafrumur samanstendur af tveimur grindarholum á móti 0.4a í x- og y-áttinni. Þetta var gert, sögðu rannsakendur, til að „ná nægilega innilokun og tengingu í flugvélinni, jafnvel þótt brotstuðullsandstæðan milli p-GaN og SiO2 sem fyllir ljóseindakristallinn sé lág.
Ljósmyndandi kristalsmyndunarferlið felur í sér að setja gagnsæjum indíum tinoxíði (ITO) gegnsæjum leiðara á hóp III nítríð epitaxial efni, síðan bora grindargöt ljóseindakristallsins með inductive-tengdu plasma hvarfgjörnu ætingu (ICP-RIE) og fylla þau síðan. með SiO2 með því að nota plasma Chemical Vapor Deposition (CVD). ITO efnið hefur verið fjarlægt úr burðarvirkinu og skilur eftir 300-µm í þvermál hringlaga miðjusvæði sem p-rafskautið og p-GaN kristallinn sem p-rafskautið. hringlaga miðjusvæði sem þjónar sem leiðslur milli p-rafskautsins og p-GaN.
Rannsakendur segja frá því að miðja SiO2-fylltu stoðanna í ljóseindakristalnum innihaldi lítið loftgat, samkvæmt rafeindasmásjá. Teymið sagði: "Lögun loftgatsins er einsleit innan ljóseindakristallaplansins og því er talið að tilvist loftgatsins hafi ekki marktæk áhrif á frammistöðu PCSEL."
Áður en framleiðsluferli tækisins er lokið þarf að æta n-GaN lagið og síðan er SiO2 sett til að hylja borðið (nema miðlæga ITO svæðið); p-rafskaut og n-rafskaut eru sett á efri og neðri yfirborð, í sömu röð; og endurskinsvörn (AR) húðun er borin á neðsta hringlaga leysirúttakssvæðið. Tækin voru síðan skorin og sett á undirfestingu til að mæla árangur.
Tækið með ljóseindakristalgrindafasta upp á 210 nm náði hámarksúttaksafli um 50 mW við 5 A inndælingarstraum sem myndaði 500 ns púlsar með endurtekningartíðni 1 kHz. Raf-sjónumbreytingarhagkvæmni (WPE) var 0,1%. Laserþröskuldinum var náð við straumþéttleikann 3,89 kA/cm2. Hallanýtingin var 0,02 W/A. Úttaksleysirinn var línulega skautaður með skautunarhlutfallinu 0,8. Frávikshorn hringlaga fjarsviðsmynstrsins (FFP) var 0,2 gráður. Laserbylgjulengdin var 505,7 nm.
Hægt er að stilla leysibylgjulengdina að einhverju leyti þegar ljóseindakristalgrindarbreytan a er breytileg á milli 210 nm og 217 nm (mynd 2). Hámarksbylgjulengd 217 nm tækisins er 520,5 nm. ávinningshámark virka lagsins er um 505 nm, þannig að það er erfiðara að framleiða leysiljós á lengri bylgjulengdum, sem leiðir til hækkunar á þröskuldinum með aukningu á ljóseindakristalgrindunum.
Rannsakendur skýra einnig frá því að sum tæki með háa ljóseindakristalgrindafasta gefa frá sér flatbandsleysi með línulegu fjarsviðsmynstri. Teymið rekur slíka flatbandsleysi til sveiflna í ljóskristallabyggingunni og tiltölulega lágum tengistuðli ljóseindakristallsins.
Rannsakendur sögðu: "Hægt er að bæta raf-sjónumbreytingarskilvirkni með því að fínstilla ljóskristallalagið og epitaxial kristallagið. Fyrir ljóseindakristalla er búist við sterkari tengingu í plani og lóðréttri geislun með því að fínstilla rúmfræðina. Epitaxial kristallagið ætti að vera hannaður til að hámarka styrk grundvallarleiðsöguhama á ljóseindakristallasvæðinu, á sama tíma og tekið er tillit til taps sem ekki er lýsandi á sprautuðum burðarefnum."
Brýn þörf fyrir framtíðarrannsóknir er að framkvæma stöðuga bylgjurekstur.
