コーネルのエンジニア､次世代DUVレーザ開発

April, 11, 2022, Ithaca, NY--コーネル大学のエンジニアは､半導体材料を使用する深紫外(DUV)レーザを開発した｡中でも､医療器具の滅菌､水処理､有毒ガスのセンシング､精密フォトリソグラフィの実現にUV光利用改善で極めて有望である｡

UV光では､重要な品質は周波数と線幅である｡ウイルスの破壊､分子のセンシングには一定の周波数が最適である｡また､線幅はレーザ精度の尺度である｡研究者は､より高品質､高効率のUV光放射光源を探求しているが､これができる半導体材料を扱うのは難しい｡

AIP Advancesに発表された論文は､コーネルのチームが､所望の波長とモーダル線幅でDUVレーザ発振が可能なAlGaNベースのデバイスをどのように作製したかを詳細に説明している｡

研究リーダー､応用物理･工学物理博士課程学生､Len van Deurzenは､｢これが適切な材料であることは分かっているが､材料合成が問題である｣と言う｡｢問題は､材料が実際に使え､レーザの要件を維持するように材料を十分に純化することだ｣｡

論文のシニアオーサ､材料科学と･工学､電気･コンピュータエンジニアリング教授､Debdeep Jena とHuili Grace Xing指導下で､研究チームは､MBEを利用して窒化アルミニウム(AlN)の高品質結晶を成長させた｡

｢われわれは､多数のAlGaN層を相互にスタックする必要があり､重要なパラメタは､それら層間の界面品質である｡われわれは､他の成長技術で生じる不純物､転移のない非常にシャープな界面を成長させることができる｣(Deurzen)｡

第2の課題は､スタック層から光キャビティを造ることだった｡これは､放射光をトラップして､レーザに必要な誘導放出を促進するために利用される｡キャビティは､AlNチップ上に小さな､ミクロンスケールの共振器の形で作られた｡これは､Deurzenが､Cornell NanoScale Science&Technology Facilityの助けを借りて開発することができた｡

完成すると､そのレーザは､284nmでピークゲインを達成｡モーダル線幅は､0.1nmオーダー｡線幅は､類似のデバイスよりも一桁正確であり､その成長法が､改善された紫外光エミッタに適用可能であることを示している｡

コーネルのDUVレーザは､光ポンプである｡つまり､デバイスにフォトンを入力することでレーザ発振の一定の要件を作り出す｡研究の次のステップは､Jenaによると､同じ材料プラットフォームを利用してバッテリからの電流で駆動するレーザを実現すること｡バッテリは､商用で利用できる発光デバイスのためのより実用的なエネルギー源である｡

｢DUVレーザは､半導体材料とデバイスで､莫大な長期的見返りが得られる､最後の未開拓領域である｣(Jena)｡

(詳細は､https://news.cornell.edu/)