Forskare vid Chalmers tekniska högskola, med medarbetare vid Technische Universität Berlin, har visat den kortaste våglängden som någonsin rapporterats för en laser med yta med vertikal kavitet (VCSEL). Detta kan bana väg för framtida användning i, till exempel, desinfektion och medicinsk behandling. Resultaten publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften ACS Photonics .

"Även om det fortfarande finns mycket att göra, speciellt för att möjliggöra elektriskt drivna enheter, denna demonstration utgör en viktig byggsten för realiseringen av praktiska VCSELs som täcker större delen av UV-spektralområdet, säger Filip Hjort, Ph.D. student vid Fotoniklaboratoriet vid MC2 och första författare till artikeln.

En vertikal kavitets ytemitterande lasrar (VCSEL) är en kompakt halvledarlaser och har sett en utbredd tillämpning i, till exempel, ansiktsigenkänning i smartphones och för optisk kommunikation i datacenter. Än så länge, dessa lasrar är endast tillgängliga kommersiellt med röda och infraröda våglängder, men också andra synligt emitterande VCSEL, som kan hitta tillämpningar i adaptiva strålkastare för bilar eller projektionsskärmar, kommer snart att kommersialiseras.

"Om våglängdsområdet kunde skjutas längre, in i ultraviolett (UV), VCSELs kan hitta någon ännu bredare användning. UV-ljus kan användas för desinfektion, materialhärdning, fluorescensexcitation, och medicinsk behandling, och UV-emitterande VCSEL kan, till exempel, användas i kompakt vatten, luft- och ytdesinfektionssystem samt för behandling av hudsjukdomar, säger Filip Hjort.

För att realisera UV-emissionsvåglängder i ultraviolett B (280-320 nm) och ultraviolett C (200-280 nm), som behövs för de flesta av dessa applikationer, lasermediet måste vara tillverkat av AlGaN. Åsa Haglunds forskargrupp, Professor vid fotoniklaboratoriet vid MC2, har tidigare, tillsammans med sina medarbetare vid Technische Universität Berlin, demonstrerade en elektrokemisk etsmetod som kan användas för att selektivt etsa specifika AlGaN-skikt. I sitt nuvarande arbete, de två forskargrupperna använder denna metod för att skapa världens första optiskt pumpade UVB-emitterande VCSEL.

"Genom att använda den elektrokemiska etsningstekniken för att ta bort substratet och skapa släta AlGaN-membran, vi löste ett långvarigt problem för UV VCSELs. VCSELs behöver två speglar med över 99% reflektivitet och dessa kan antingen tillverkas med användning av epitaxiell tillväxt eller dielektriska material. Dock, reflektioner som är höga i UVB eller UVC har inte uppnåtts med epitaxiell tillväxt, och de typiska metoderna för avlägsnande av substrat som används för att möjliggöra avsättningen av den andra dielektriska spegeln i blåemitterande VCSEL:er är inte lämpliga för AlGaN, " förklarar Hjort. "Genom att använda elektrokemisk etsning, vi kunde skapa AlGaN-membran som vi kunde lägga mellan två högreflekterande dielektriska speglar. På det här sättet, vi bildade en vertikal hålighet som slutar under optisk pumpning."

Den nya demonstrationen är den kortaste våglängden VCSEL som någonsin rapporterats och den elektrokemiska etsningstekniken kan även utökas till UVC-våglängder som behövs för steriliseringstillämpningar till, till exempel, bekämpa framtida pandemier och tillhandahålla rent dricksvatten.