Diody laserowe na daleki ultrafiolet

Celem Projektu jest wytworzenie azotkowych diod laserowych (LDs - z ang. Laser Diodes) emitujących światło w ultrafioletowym zakresie widmowym UV-C (250-280 nm). Planujemy opracowanie sposobu wytwarzania krawędziowych LDs UV-C metodą epitaksji z wiązek molekularnych przy użyciu plazmy azotowej (PAMBE – z ang. Plasma Assisted Molecular Beam Epitaxy). Metoda PAMBE umożliwia zastosowanie nowatorskiej koncepcji konstrukcji LDs UV-C zawierających złącza tunelowe i powietrzne okładki utrzymujące mod optyczny w falowodzie. Diody laserowe zapewniają dużą łatwość i elastyczność w formowaniu wiązki optycznej (duża moc, wiązka równoległa) co poszerza zakres zastosowań emiterów UV-C. Lasery UV-C jeszcze nie są dostępne komercyjnie na rynku i ich wytwarzanie stanowi olbrzymie wyzwanie technologiczne. Jednakże prognozyje się, że LDs UV-C zastąpią w przyszłości diody elektroluminescencyjne (LED - Light Emitting Diodes) UV-C n.p. w medycynie, w zastosowaniach czujnikowych, w przemyśle. W medycynie używane będą w detekcji wirusów i dezynfekcji powierzchni (COVID19), w fototerapii chorób skóry, w endoskopii. W zastosowaniach czujnikowych - w detekcji skażeń środowiska, w ocenie jakości wody pitnej, oraz w miernikach odległości o wysokiej precyzji. W przemyśle - zastąpią dotychczasowe źródła światła stosowane w processingu półprzewodnikowym, w mikroskopach laserowych, a także w procesach sub-mikronowej obróbki metali i grafenu. Zadania IWC PAN 1. Wytwarzanie wysokoskładowych związków AlGaN metodą PAMBE 2. Optymalizacja złącz tunelowych AlGaN/AlGaN na zakres UV-C 3. Diody laserowe UV-C wytwarzane metodą PAMBE na podłożu krystalicznego AlN. Opisany Projekt dotyczy jednego z najbardziej intensywnie badanych materiałów półprzewodnikowych ostatnich dwóch dekad. Z powodu barier technologicznych pierwsze azotkowe lasery UV-C powstały dopiero w roku 2019 (tj 24 lata po demonstracji pierwszej fioletowej diody laserowej przez S. Nakamurę). Proponowana konstrukcja diody laserowej jest nowatorska a wykonanie jej umożliwi zapełnienie luki technologicznej dla wytwarzania laserów UV-C o coraz większej sprawności kwantowej co ma bardzo duży potencjał aplikacyjny. Zastosowanie technologii PAMBE w epitaksji struktur pozwala na wykorzystanie złącz tunelowych w rozwinięciu nowych konstrukcji diod laserowych na zakres UV-C zawierających okładki powietrzne utrzymujące mody optyczne w falowodzie. Zapewni to zlikwidowanie barier w rozwoju takich diod związanych z relaksacją struktur z powodu niedopasowania sieciowego okładek i falowodu lasera.