Patrón de campo lejano de láser UV-C proyectado sobre una pantalla fluorescente. Crédito:2019 Asahi Kasei Corp. y Universidad de Nagoya
Científicos de la Universidad de Nagoya, en cooperación con Asahi Kasei Corporation, han diseñado un diodo láser que emite luz ultravioleta profunda, y haber publicado un artículo en la revista Física Aplicada Express .
"Nuestro diodo láser emite la longitud de onda láser más corta del mundo a 271,8 nanómetros (nm), bajo inyección de corriente [eléctrica] pulsada a temperatura ambiente, ", dice el profesor Chiaki Sasaoka del Centro de Investigación Integrada de Electrónica del Futuro de la Universidad de Nagoya.
Los esfuerzos anteriores en el desarrollo de diodos láser ultravioleta solo habían logrado alcanzar emisiones de hasta 336 nm, Sasaoka explica.
Diodos láser que emiten luz ultravioleta de onda corta, que se llama UV-C y está en la región de longitud de onda de 200 a 280 nm, podría utilizarse para la desinfección en la asistencia sanitaria, para el tratamiento de enfermedades de la piel como la psoriasis, y para analizar gases y ADN.
El diodo láser ultravioleta profundo de la Universidad de Nagoya supera varios problemas encontrados por los científicos en su trabajo hacia el desarrollo de estos dispositivos semiconductores.
El equipo utilizó un sustrato de nitruro de aluminio (AlN) de alta calidad como base para construir las capas del diodo láser. Esta, ellos dicen, es necesario, Dado que el AlN de menor calidad contiene una gran cantidad de defectos, que en última instancia impactan en la eficiencia de la capa activa de un diodo láser en la conversión de energía eléctrica en luz.
Estructura en sección transversal del diodo láser semiconductor UV-C. Crédito:2019 Asahi Kasei Corp. y Universidad de Nagoya
En diodos láser, una capa 'tipo p' y 'tipo n' están separadas por un pozo cuántico. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un diodo láser, los agujeros cargados positivamente en la capa tipo p y los electrones cargados negativamente en la capa tipo n fluyen hacia el centro para combinarse, liberando energía en forma de fotones.
Los investigadores diseñaron el pozo cuántico para que emitiera luz ultravioleta profunda. Las capas de tipo p y n se hicieron a partir de nitruro de galio y aluminio (AlGaN). Capas de revestimiento, también hecho de AlGaN, se colocaron a ambos lados de las capas de tipo p y n. El revestimiento debajo de la capa tipo n incluía impurezas de silicio, un proceso llamado dopaje. El dopaje se utiliza como técnica para modificar las propiedades de un material. El revestimiento sobre la capa de tipo p se sometió a dopaje de polarización distribuida, que adultera la capa sin añadir impurezas. El contenido de aluminio en el revestimiento del lado p se diseñó para que fuera más alto en la parte inferior, disminuyendo hacia la parte superior. Los investigadores creen que este gradiente de aluminio mejora el flujo de agujeros cargados positivamente. Finalmente se añadió una capa de contacto superior que estaba hecha de AlGaN de tipo p dopado con magnesio.
Características de emisión en funcionamiento pulsado. Crédito:2019 Asahi Kasei Corp. y Universidad de Nagoya
Los investigadores encontraron que el dopaje por polarización de la capa de revestimiento del lado p significaba que se necesitaba una corriente eléctrica pulsada de "voltaje de funcionamiento notablemente bajo" de 13,8 V para la emisión de "la longitud de onda más corta informada hasta ahora".
El equipo ahora está llevando a cabo una investigación conjunta avanzada con Asahi Kasei Corporation para lograr el láser ultravioleta profundo a temperatura ambiente continua para el desarrollo de productos láser semiconductores UV-C.
