산업 뉴스

녹색 레이저의 광학 성능이 크게 향상되었습니다.

2022-03-30
레이저는 20세기 인류의 가장 위대한 발명품 중 하나로 간주되며 레이저의 출현은 탐지, 통신, 처리, 디스플레이 및 기타 분야의 발전을 강력하게 촉진했습니다. 반도체 레이저는 더 일찍 성숙되고 더 빨리 진행되는 레이저 종류입니다. 소형, 고효율, 저비용, 장수명의 특성을 가지고 있어 널리 사용되고 있다. 초기에는 GaAsInP 시스템을 기반으로 하는 적외선 레이저가 정보 혁명의 초석을 마련했습니다. . 질화 갈륨 레이저(LD)는 최근 몇 년 동안 개발된 새로운 유형의 광전자 장치입니다. GaN 재료 시스템을 기반으로 하는 레이저는 원래 적외선에서 전체 가시 스펙트럼 및 자외선 스펙트럼으로 작동 파장을 확장할 수 있습니다. 처리, 국방, 양자 통신 및 기타 분야는 큰 응용 전망을 보여주었습니다.
레이저 생성의 원리는 광학 이득 물질의 빛이 광학 공동의 진동에 의해 증폭되어 매우 일관된 위상, 주파수 및 전파 방향을 가진 빛을 형성한다는 것입니다. 에지 방출 릿지형 반도체 레이저의 경우 광학 공동은 세 가지 공간 차원 모두에서 빛을 가둘 수 있습니다. 레이저 출력 방향에 따른 제한은 주로 공명 공동을 절단하고 코팅함으로써 달성됩니다. 수평 방향에서 수직 방향의 광 가둠은 주로 능선 모양에 의해 형성되는 등가 굴절률 차이를 사용하여 구현되고 수직 방향의 광 가둠은 이종 재료 간의 굴절률 차이에 의해 구현됩니다. 예를 들어, 808nm 적외선 레이저의 게인 영역은 GaAs 양자우물이고 광제한층은 굴절률이 낮은 AlGaAs이다. GaAs와 AlGaAs 재료의 격자 상수는 거의 같기 때문에 이 구조는 동시에 광학 구속을 달성하지 못합니다. 격자 불일치로 인한 재료 품질 문제가 발생할 수 있습니다.
GaN계 레이저는 일반적으로 광구속층으로 굴절률이 낮은 AlGaN을 사용하고 도파로층으로 굴절률이 높은 (In)GaN을 사용한다. 그러나 발광 파장이 증가함에 따라 광 가림층과 도파로 층 사이의 굴절률 차이가 지속적으로 감소하여 광 필드에 대한 광 가림층의 가둠 효과가 지속적으로 감소한다. 특히 녹색 레이저에서 이러한 구조는 광 필드를 제한할 수 없으므로 광이 아래 기판 층으로 누출됩니다. 공기/기판/광학밀폐층의 추가적인 도파관 구조의 존재로 인해 기판 내부로 새는 빛이 안정적인 모드(substrate mode)가 형성된다. 기판 모드의 존재로 인해 수직 방향의 광학 필드 분포가 더 이상 가우시안 분포가 아니라 "꽃받침 로브"가 되고 빔 품질의 저하가 의심할 여지없이 장치 사용에 영향을 미칩니다.

최근, 이전 광학 시뮬레이션 연구(DOI: 10.1364/OE.389880)의 결과를 기반으로, 중국 과학원 쑤저우 나노기술 연구소의 Liu Jianping 연구 그룹은 격자 상수와 굴절률이 광학 제한 레이어와 동시에 조정되어야 합니다. 기판 금형의 출현, 관련 결과는 중국 국립 자연 과학 재단이 감독하고 후원하는 Fundamental Research 저널에 게재되었습니다. 이 연구에서 실험자들은 먼저 GaN/Sapphire 템플릿에서 계단식 흐름 형태로 고품질 AlInGaN 박막을 헤테로에피택셜 성장시키기 위해 에피택셜 성장 프로세스 매개변수를 최적화했습니다. 그 후, GaN 자립 기판 위의 AlInGaN 두꺼운 층의 동종 에피텍셜 시간 경과는 표면이 무질서한 융기 형태로 나타나 표면 거칠기의 증가로 이어져 다른 레이저 구조의 에피택셜 성장에 영향을 미칠 것임을 보여줍니다. 연구진은 응력과 에피택셜 성장 형태의 관계를 분석하여 AlInGaN 후막에 축적된 압축 응력이 이러한 형태의 주된 원인임을 제시하고 서로 다른 응력 상태에서 AlInGaN 후막을 성장시켜 추측을 확인했다. 마지막으로, 녹색 레이저의 광학 제한층에 최적화된 AlInGaN 두꺼운 층을 적용함으로써 기판 모드의 발생이 성공적으로 억제되었다(그림 1).


그림 1. 누설 모드가 없는 녹색 레이저, (α) 수직 방향으로 광장의 원거리 분포, (b) 스폿 다이어그램.

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