Motif de champ lointain d'un laser UV-C projeté sur un écran fluorescent. Crédit : 2019 Asahi Kasei Corp. et Université de Nagoya
scientifiques de l'Université de Nagoya, en coopération avec Asahi Kasei Corporation, ont conçu une diode laser qui émet une lumière ultraviolette profonde, et ont publié un article dans la revue Physique Appliquée Express .
"Notre diode laser émet la longueur d'onde laser la plus courte au monde à 271,8 nanomètres (nm), sous injection de courant [électrique] pulsé à température ambiante, " déclare le professeur Chiaki Sasaoka du Centre de recherche intégrée de l'électronique du futur de l'Université de Nagoya.
Les efforts précédents dans le développement de diodes laser ultraviolettes n'avaient réussi à atteindre que des émissions jusqu'à 336 nm, explique Sasaoka.
Diodes laser émettant de la lumière ultraviolette à courte longueur d'onde, qui est appelé UV-C et est dans la région de longueur d'onde de 200 à 280 nm, pourrait être utilisé pour la désinfection dans les soins de santé, pour traiter les affections cutanées telles que le psoriasis, et pour l'analyse des gaz et de l'ADN.
La diode laser à ultraviolets profonds de l'Université de Nagoya surmonte plusieurs problèmes rencontrés par les scientifiques dans leurs travaux de développement de ces dispositifs semi-conducteurs.
L'équipe a utilisé un substrat de nitrure d'aluminium (AlN) de haute qualité comme base pour construire les couches de la diode laser. Cette, ils disent, est nécessaire, étant donné que l'AlN de qualité inférieure contient une grande quantité de défauts, qui ont finalement un impact sur l'efficacité de la couche active d'une diode laser dans la conversion de l'énergie électrique en énergie lumineuse.
Structure transversale de la diode laser à semi-conducteur UV-C. Crédit : 2019 Asahi Kasei Corp. et Université de Nagoya
Dans les diodes laser, une couche 'p-type' et 'n-type' sont séparées par un puits quantique. Lorsqu'un courant électrique traverse une diode laser, des trous chargés positivement dans la couche de type p et des électrons chargés négativement dans la couche de type n s'écoulent vers le centre pour se combiner, libérant de l'énergie sous forme de photons.
Les chercheurs ont conçu le puits quantique pour qu'il émette une lumière UV profonde. Les couches de type p et n étaient constituées de nitrure d'aluminium et de gallium (AlGaN). Couches de revêtement, également en AlGaN, ont été placés de chaque côté des couches de type p et n. Le revêtement sous la couche de type n comprenait des impuretés de silicium, un processus appelé dopage. Le dopage est utilisé comme une technique pour modifier les propriétés d'un matériau. La gaine au-dessus de la couche de type p a subi un dopage de polarisation distribuée, qui doper la couche sans ajouter d'impuretés. La teneur en aluminium du revêtement du côté p a été conçue de manière à être la plus élevée en bas, décroissant vers le haut. Les chercheurs pensent que ce gradient d'aluminium améliore le flux de trous chargés positivement. Une couche de contact supérieure a finalement été ajoutée, constituée d'AlGaN de type p dopé au magnésium.
Caractéristiques d'émission en fonctionnement pulsé. Crédit : 2019 Asahi Kasei Corp. et Université de Nagoya
Les chercheurs ont découvert que le dopage de polarisation de la couche de revêtement du côté p signifiait qu'un courant électrique pulsé de "tension de fonctionnement remarquablement basse" de 13,8 V était nécessaire pour l'émission de "la longueur d'onde la plus courte signalée jusqu'à présent".
L'équipe mène actuellement des recherches conjointes avancées avec Asahi Kasei Corporation pour obtenir un laser UV profond continu à température ambiante pour le développement de produits laser à semi-conducteur UV-C.
