Konventionelle halvlederlasere, såsom Fabry-Pérot (FP) hulrumslasere, distribueret feedback (DFB) lasere, og lodrette-hulrums overfladeemitterende lasere (VCSELS), kan dog samtidig opnå en enkelt-mode betjening, høj effekt og en lille afvigelsesvinkel .} dog fotonisk krystal overflade-æg-output og en lille divergensvinkel .}}}}} æggeling af fotonisk overflade af overflade-æg-æggener, og fotografisk overflade-ægning af overflade-æg-æggene og en fotografisk overflade-ægning af LASER'er (PCSELS) Brug Bragg-diffraktion i to-dimensionelle fotoniske krystaller til at opnå laserudgang med høj effekt med en lille divergensvinkel (figur 1), hvilket gør dem til et af de varme forskningsemner både indenlandske og internationalt .}
Gallium nitride (GaN)-based semiconductor materials have a direct bandgap, with emission wavelengths spanning the visible to deep ultraviolet spectrum, offering advantages such as high luminous efficiency and excellent chemical stability, making them suitable for PCSEL fabrication. GaN-based PCSELs hold promising applications in emerging fields such as novel displays, material processing, laser Belysning, undervandskommunikation, interstellær kommunikation, chip-atomur, dybrumsudforskning, atomradar og lasermedicin, tiltrækker udbredt opmærksomhed .
Figur 1. strukturelle diagrammer, typiske fjerntliggende divergensvinkler og udgangsspektrale egenskaber ved FP-kantemitterende lasere, DFB-kantemitterende lasere, VCSELS og PCSELS .
Professor Noda's team at Kyoto University in Japan first proposed the concept of PCSELs in 1999 and reported the first room-temperature electro-injection lasing of GaN-based violet PCSELs in Science 319, 445 (2008). Subsequently, in collaboration with Japan's Stanley Company in 2022 and Japan's Nichia Company in 2024, they further extended the emission wavelength of Gan-baserede pcsels til Blue and Green Light Bands . I øjeblikket har kun Japan opnået elektrisk injektionsinduceret emission af GaN-baserede pcsels globalt .
I samarbejde med det vigtigste laboratorium for halvlederdisplaymaterialer og chips og Suzhou-laboratoriet, begge etableret af Suzhou Institute of Nanotechnology og Nanoscience of the Chinese Academy of Sciences, blev en Gan-baseret fotonisk krystaloverfladeemitterende laser (PCSEL) for nylig udviklet, og rum-temperatur-elektro-indsprøjtet lasering blev opnået .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}
Forskningsteamet simulerede og designet først strukturen af den GAN-baserede PCSEL-enhed, derefter epitaksialt voksede GAN-baserede lasermaterialer af høj kvalitet og udviklede fotonisk krystal ætsning og passiveringsprocesser med lavt forskeling af 400 × 400 μm² (figur 2) {8} med en fotonisk krystal. GaN-baseret PCSEL I γ-X-retningen ved anvendelse af vinkelopløst spektroskopi (figur 3) blev det observeret, at: ved lave injektionsstrømme er båndstrukturen klar, idet tilstand C har den højeste intensitet; Efterhånden som strømmen stiger, forbedrer intensiteten af ikke-strålende tilstand B signifikant, indtil lasing forekommer . ved at måle båndstrukturen, det blev bestemt, at enheden laser i grundlæggende tilstand B, med en tilstand halvbredde på ca. 0 . 05 nm nær tærskelstrømmen.
Figur 2. (a) Skematisk diagram over den GAN-baserede PCSEL-struktur, (b) fotonisk krystalbåndstruktur opnået fra optiske pumpetest og (c) overflade og (d) tværsnitscanningselektronmikroskopbilleder af den fotoniske krystal .}
Figur 3. (a-e) båndstruktur af den GAN-baserede pcsel i y-x-retningen målt ved forskellige injektionsstrømme, (f) kurve, der viser variationen i den maksimale bølgelængde og den spektrale halvbredde af den gan-baserede pcsel med injektionsstrøm .}
Baseret på ovenstående arbejde opnåede forskerteamet rum-temperatur elektrisk injektionslasing af en GAN-baseret fotonisk krystaloverfladeemitterende laser (figur 4), med en lasingbølgelængde på ca. 415 nm, en tærskelstrøm på 21. 96 A, en tilsvarende tærskelstrømstrømhed på ca. 13 {. 7 og en top udgangseffekt på ca. 170 MW. I det næste trin planlægger teamet at bruge GaN-krystalsubstrater af høj kvalitet til at designe en ny GAN-baseret PCSEL-struktur og overvinde udfordringer inden for PCSEL-enhedsfremstilling og emballage/termisk styringsteknologi for at opnå højeffekt (10–100 W) enkelt-mode laserudgang.
Figur 4. GaN-baseret PCSEL: (a) Elektroluminescensspektre ved forskellige injektionsstrømme, (b) Output Optiske effektstrømkurver, (c) Far-feltplads og (d) før og (e) efter nærfeltbilleder af GAN-baserede pcsel lasing {.}
