Учёные создали лазерный диод с излучением «глубокого» ультрафиолета

Учёные создали лазерный диод с излучением «глубокого» ультрафиолета

Военное обозрение

21.01.2020

В первом в наступившем году выпуске рубрики «Поговорим о науке» стоит коснуться изобретения учёных из японского университета города Нагоя. Обращает на себя внимание изобретение не только как таковое, но и в связи с тем, что оно сделано в рамках государственно-частного партнёрства по линии «научно-исследовательская лаборатория – бизнес-заказчик». Японские учёные из университета Нагои сотрудничали с корпорацией Asahi Kasei, занимающейся деятельностью в сфере химической промышленности. У компании имеются «дочки» в Германии и США.

В чём же состоит изобретение японских физиков?

Они в своей лаборатории смогли создать первый в мире лазерный диод, излучающий в части спектра «глубокого» ультрафиолета с минимальными энергозатратами.

В японском центре комплексных исследований электроники будущего:

В нашем университете создан лазерный диод, излучающий на данный момент самую короткую в истории подобных исследований длину волны – 271,8 нм – при комнатной температуре с импульсной подачей напряжения.
Отмечается, что это существенное продвижение вперёд, так как предыдущее достижение по длине волны (336 нм) удалось существенно превзойти и уйти в «глубокий» ультрафиолет.

В университете японской Нагои говорят о том, что с помощью такого лазерного диода удастся продвинуться далеко вперёд в медицине. Речь в первую очередь идёт о возможности лечения сложных кожных заболеваний, включая псориаз.

Почему разработка финансировалась корпорацией из сферы химической промышленности?

Дело в том, что Asahi Kasei нужны суперсовременные газоанализаторы. Эта же корпорация занимается исследованиями в сфере структуры ДНК, где, как заявлено, помогут именно ультрафиолетовые лазерные диоды.

Разработка заинтересовала и военных. В частности, речь зашла о возможности создания газоанализаторов для авиации, в том числе разведывательной. Например, речь об анализе применения химического оружия на местности.

Также рассматривается возможность перспективных исследований влияния препаратов на конкретных органы человека.

Из материала японских учёных:

Ультрафиолетовый лазерный диод преодолевает несколько проблем, с которыми сталкивались при разработке подобных полупроводниковых приборов. Мы использовали подложку из нитрида алюминия (AlN) высокого качества в качестве основы для создания слоев лазерного диода. Это необходимо, поскольку низкокачественный AlN содержит большое количество дефектов, которые в конечном итоге влияют на эффективность активного слоя лазерного диода при преобразовании электрической энергии в световую энергию.
Немного теории: в лазерных диодах слой «p-типа» и «n-типа» разделён так называемой «квантовой ямой». Когда электрический ток проходит через такой диод, положительно заряженные дырки в слое p-типа и отрицательно заряженные электроны в слое n-типа текут к центру для объединения, высвобождая энергию в форме легких частиц — фотонов.

Японские исследователи спроектировали эту «квантовую яму» так, чтобы она излучала именно глубокий ультрафиолетовый свет. Слои p- и n-типа были изготовлены из нитрида алюминия-галлия (AlGaN). Облицовочные слои (обкладки), также сделанные из AlGaN, были размещены по обе стороны от слоев p- и n-типа. Оболочка под слоем n-типа включает примеси кремния, нанесённого легированием.

В данном случае легирование используется в качестве метода для изменения свойств основного материала. Оболочка над слоем p-типа подверглась распределённому поляризационному легированию — без добавления примесей. Содержание алюминия в облицовке с p-стороны было создано таким образом, чтобы оно было максимальным снизу и уменьшалось постепенно к верхней части. Исследователи полагают, что этот алюминиевый градиент усиливает поток положительно заряженных дырок. Также был добавлен верхний контактный слой, который был изготовлен из AlGaN p-типа, легированного магнием.

Рабочее напряжение системы, которая и позволяет излучать лазерный луч глубокого ультрафиолета, составляет 13,8 В. Во всех иных случаях – длина волны начинает расти.

Создание полупроводникового диода, способного генерировать высококогерентные волны в части спектра глубокого ультрафиолета, это ещё и новый шаг по созданию рентгеновского лазера на основе полупроводника с минимальными затратами энергии.

Автор: Чернов Александр