Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

Ultraviolet nanowire/graphene laser (UV-Nanolaser)

Alternativ tittel: Ultrafiolett nanotråd/grafénlaser (UV-Nanolaser)

Tildelt: kr 12,0 mill.

Koherent lys i det ultrafiolette (UV) bølgelengdeområdet har mange viktige anvendelser innen materialvitenskap, medisin, biologisk og kjemisk sensing, datalagring, romfartsnavigasjon og for desinfeksjon av vann, mat og luft. For tiden er de eneste kommersielle UV-laserkildene excimer-lasere og frekvensharmoniske generatorer som opererer med synlig lys inngang. Begge typer har imidlertid betydelige ulemper. Førstnevnte lider av veldig stor størrelse, begrenset bølgelengdefleksibilitet, lav effektivitet og svært høye kostnader. Sistnevnte gir en løsning på bølgelengdefleksibilitetsproblemet, men på bekostning av mye lavere effektivitet, som er typisk for ikke-lineære optiske prosesser som andre-harmonisk generering og frekvensblanding. Derfor er alternative mindre UV-laserkilder basert på nanostrukturerte halvledermaterialer med enestående ytelse, tilsvarende som er allment tilgjengelig i det nær-infrarøde og synlige bølgelengdeområdet, i dag svært etterspurt. I dette prosjektet samler vi plattformene til AlGaN halvleder-nanotrådbaserte lysutsendere, det nye materialet grafén og optiske kaviteter basert på høyreflekterende distribuerte Bragg-reflektorer for å utvikle verdens første elektrisk-styrt halvlederlaser som opererer i UV-C bølgelengdeområdet, det vil si med en laser-bølgelengde under 280 nm.

In UV-Nanolaser, we bring together the platforms of AlGaN semiconductor nanowire (NW)-based light emitters, the exciting new material graphene, utilised as both transparent contact electrode (TCE) material and epitaxial growth substrate, and optical cavities based on high-reflective Distributed Bragg Reflectors (DBR) in order to develop the world’s first electrically injected semiconductor laser operating in the ultraviolet (UV)-C spectral range, that is, with emission wavelength below 280 nm at a threshold current density below 10 kA/cm^2. By utilising some of graphene’s critical advantages such as easy transferability due to the weak van der Waals binding to other substrates, its excellent heat and electricity conduction properties and high transparency in the UV-C spectral band, we have developed strategies to resolve several issues that have long hampered research on coherent light emitters in the deep UV. NWs grown by molecular beam epitaxy (MBE) on graphene are nearly dislocation-free, thus eliminating one of the major reasons for the low internal quantum efficiency of planar Al-rich AlGaN. Furthermore, by graphene transfer and hole-mask patterning these NWs can be combined with amorphous substrates, such as e.g. oxide-based DBRs, which are the ultimate solution for an end-cavity reflector, but generally unsuitable for AlGaN epitaxial growth, and fabricated in a precisely ordered 2D array, enabling the creation of a photonic crystal effect for suppressing in-plane light leakage. Coupling such novel ideas with the project group’s vast experience and expertise on III-V NW growth on graphene and device processing, which has already resulted in the successful demonstration of optically pumped NW-based lasers in the near infrared and GaN/AlGaN UV-A LEDs, we expect to unlock numerous high-impact applications for coherent UV-C light sources in socially significant areas such as material science, biological and chemical sensing, medicine and water purification.

Aktivitet:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale