ऊर्ध्वाधर पराबैंगनी सेमीकंडक्टर लेजर के उच्च ऑप्टिकल आउटपुट का एहसास! चिकित्सा और लेजर प्रसंस्करण के क्षेत्र में आशाजनक व्यावहारिक अनुप्रयोग

हाल ही में, एक जापानी शोध अध्ययन दल ने एक AlGaN-आधारित ऊर्ध्वाधर गहरे पराबैंगनी-उत्सर्जक अर्धचालक लेजर उपकरण का निर्माण किया है, जिसे लेजर प्रसंस्करण, जैव प्रौद्योगिकी और चिकित्सा के क्षेत्र में लागू किए जाने की उम्मीद है।
जैसा कि हम सभी जानते हैं, पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है जिसकी तरंग दैर्ध्य सीमा 100 से 380 एनएम है। इन तरंग दैर्ध्य को तीन क्षेत्रों में विभाजित किया जा सकता है: यूवी-ए ({{3%) एनएम), यूवी-बी ({{5%) एनएम), और यूवी-सी ({{7%) एनएम)। ), बाद वाले दो क्षेत्रों में गहरी पराबैंगनी रोशनी होती है।
यूवी क्षेत्र में उत्सर्जित लेजर प्रकाश स्रोत, जैसे गैस लेजर और येट्रियम-एल्यूमीनियम-गार्नेट लेजर के हार्मोनिक्स पर आधारित ठोस-अवस्था लेजर, का उपयोग जैव प्रौद्योगिकी, त्वचाविज्ञान उपचार, यूवी इलाज प्रक्रियाओं और लेजर सहित अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में किया जा सकता है। प्रसंस्करण. हालाँकि, ऐसे लेज़र बड़े आकार, उच्च बिजली खपत, सीमित तरंग दैर्ध्य रेंज और कम दक्षता से ग्रस्त हैं।

हाल के वर्षों में, विनिर्माण प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास के समानांतर, उच्च-प्रदर्शन वाले अर्धचालक लेजर के विकास को बढ़ावा दिया गया है जो करंट इंजेक्ट करके प्रकाश उत्पन्न करता है। इनमें अर्धचालक सामग्री एल्यूमीनियम गैलियम नाइट्राइड AlGaN पर आधारित पराबैंगनी प्रकाश उत्सर्जक उपकरण शामिल हैं। हालाँकि, गहरे यूवी क्षेत्र में उनकी अधिकतम ऑप्टिकल आउटपुट पावर केवल 150 मेगावाट है, जो चिकित्सा और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक बिजली से काफी कम है। आउटपुट पावर बढ़ाने के लिए डिवाइस के इंजेक्शन करंट को बढ़ाना महत्वपूर्ण है। इसके लिए डिवाइस के आकार में वृद्धि की आवश्यकता है और यह भी सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि डिवाइस में करंट समान रूप से प्रवाहित हो।
इस शोध के संदर्भ में, मीजो विश्वविद्यालय में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग के प्रोफेसर मोटोम इवेया के नेतृत्व में एक जापानी शोध टीम ने सफलतापूर्वक उच्च प्रदर्शन वाले वर्टिकल AlGaN-प्रकार UV-B सेमीकंडक्टर लेजर डायोड विकसित किए हैं। यह अध्ययन एप्लाइड फिजिक्स लेटर्स जर्नल में प्रकाशित हुआ था।
प्रोफेसर मोटोम इवेया ने कहा है कि मौजूदा AlGaN-आधारित गहरे-पराबैंगनी लेजर उच्च गुणवत्ता वाले क्रिस्टल प्राप्त करने के लिए नीलमणि और AlN जैसी इन्सुलेट सामग्री का उपयोग करते हैं। लेकिन क्योंकि इन उपकरणों में करंट पार्श्व रूप से प्रवाहित होता है, इसलिए उनके प्रकाश उत्पादन को बेहतर बनाने के लिए, वैज्ञानिकों ने ऊर्ध्वाधर उपकरणों की खोज की, जिसमें पी- और एन-इलेक्ट्रोड एक पीएन जंक्शन में एक दूसरे का सामना करते हैं। लेकिन पिछले कुछ वर्षों से, उच्च-शक्ति अर्धचालक उपकरणों को साकार करने के लिए ऊर्ध्वाधर कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग किया गया है। लेकिन सेमीकंडक्टर लेजर के लिए, ऐसे कॉन्फ़िगरेशन का विकास स्थिर रहा है और एल्यूमीनियम नाइट्राइड पर आधारित गहरे-पराबैंगनी प्रकाश उत्सर्जक उपकरणों के लिए अभी तक इसका एहसास नहीं हुआ है। इस प्रयोजन के लिए, शोधकर्ताओं ने सबसे पहले नीलमणि सब्सट्रेट पर उच्च गुणवत्ता वाले एल्यूमीनियम नाइट्राइड का निर्माण किया। आवधिक एल्यूमीनियम नाइट्राइड नैनोपिलर तब बनाए गए और एल्यूमीनियम नाइट्राइड-आधारित लेजर संरचनाओं के साथ जमा किए गए।
टीम ने सब्सट्रेट से डिवाइस संरचनाओं को अलग करने के लिए स्पंदित ठोस-अवस्था लेजर पर आधारित एक अभिनव लेजर स्ट्रिपिंग तकनीक का उपयोग किया। उन्होंने इलेक्ट्रोड, वर्तमान-सीमित संरचनाओं और लेजर दोलनों के लिए आवश्यक इन्सुलेट परतों को बनाने के लिए एक अर्धचालक प्रक्रिया भी विकसित की, और उत्कृष्ट ऑप्टिकल रेज़ोनेटर बनाने के लिए ब्लेड का उपयोग करके एक क्लीविंग विधि भी विकसित की। परिणामी AlGaN-आधारित गहरे UV-B सेमीकंडक्टर लेजर डायोड में नवीन और अद्वितीय गुण हैं। यह कमरे के तापमान पर काम करता है, 298.1 एनएम पर बेहद तेज रोशनी उत्सर्जित करता है, इसमें एक अच्छी तरह से परिभाषित थ्रेशोल्ड करंट और मजबूत अनुप्रस्थ विद्युत ध्रुवीकरण होता है। शोधकर्ताओं ने डिवाइस के दोलनों की पुष्टि करते हुए एक लेजर-विशिष्ट स्पॉट-जैसे दूर-क्षेत्र पैटर्न भी देखा।
अध्ययन दर्शाता है कि ऊर्ध्वाधर उपकरण उच्च-शक्ति उपकरणों के संचालन के लिए उच्च धाराएं प्रदान कर सकते हैं। भविष्य में, यह इलेक्ट्रिक वाहनों और कृत्रिम बुद्धिमत्ता सहित अन्य के लिए नई लागत प्रभावी निर्माण प्रक्रियाओं में बड़ी भूमिका निभाएगा। और शोधकर्ताओं को यह भी उम्मीद है कि एल्यूमीनियम नाइट्राइड-आधारित वर्टिकल यूवी लेजर को चिकित्सा और विनिर्माण क्षेत्रों में व्यावहारिक अनुप्रयोग मिलेंगे।