UV-blue-green resonant light-emitters
- Reference number
- IB13-0004
- Start and end dates
- 140901-200831
- Amount granted
- 5 922 313 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
This project takes a new approach for realizing the dream of microcavity light sources emitting in the ultraviolet-blue-green wavelength regime, enabling innovative solutions e.g. in biomedicine. In spite of an impressive materials-oriented research effort in gallium nitrides, no ultraviolet-blue-green microcavity light sources have been demonstrated with acceptable performance: the output power is too low, they are very energy-inefficient, and the lifetime is only a few minutes, at most. This is in sharp contrast to cutting-edge microcavity lasers and LEDs emitting at near-infrared wavelengths. Therefore, this project takes a device-oriented approach, profiting from our leading research on near-infrared sources, while solidly supported by materials experts. I am forming a group that will consider all critical problems, mainly to achieve (1) good optical feedback, (2) efficient current injection, and (3) precise tuning of the optical gain, the feedback mirrors and the cavity to the same wavelength. Although the materials research has resulted in basic epitaxial structures of high quality, our unique device perspective is crucial; for instance problem (1) is addressed by novel high-contrast structures, and for (2) and (3) we will develop current aperture and hybrid techniques inspired by those used in infrared devices. For expertise on materials physics and fundamental optical functions in GaN-based materials, I will collaborate closely with EPFL, Lausanne.
Popular science description
I detta projekt ska jag leda arbetet med att ta fram en ny typ av ljuskälla med unika egenskaper när det gäller kombinationen av färg på det utsända ljuset, ljuskällans minimala storlek och låga energiförbrukning. Dessa egenskaper kan leda till helt nya metoder inom medicinsk analys och behandling, eftersom ultraviolett-blått-grönt ljus interagerar kraftigt med många biomolekyler. Den korta våglängden är också intressant för att skriva nanometerstora mönster, och ”proba” med ljus. Den nya ljuskällan kan fungera antingen som en laser eller som en resonant lysdiod – den senare är ett mellanting mellan en laser och en konventionell lysdiod, LED. Med en resonant lysdiod kan man få ett välriktat och rent enfärgat ljus, som från en laser, samtidigt som man slipper den ibland störande interferensen som det ”perfekta” laserljuset kan ge upphov till. Mikrokavitetslasrar och mikrokavitets-LED:er som emitterar infrarött ljus finns redan på marknaden och har mycket goda egenskaper. Suget efter mikroljuskällor i det UV-blå-gröna området är därför mycket stort och man har redan internationellt gjort försök att åstadkomma denna typ av ljuskällor. Men man har inte lyckats, även om man har gjort imponerande förbättringar av kvalitén på nitridmaterialet. Totalt tre forskargrupper i hela världen har lyckats demonstrera någon form av lasring från elektriskt kontinuerligt drivna mikrokavitestslasrar byggda av nitridmaterial. Men dessas prestanda har varit helt oacceptablaför några tillämpningar: för liten mängd utsänt ljus, alldeles för hög energiförbrukning och en livslängd på några få minuter. I detta projekt ska vi därför angripa problemen från ett nytt håll, från komponenthållet, genom att inspireras av de många sofistikerade lösningar som i dag används i de högpresterande infraröda mikrokavitets-lasrar vi utvecklar. Det handlar om att göra speglarna i resonanslådan extra högreflekterande med nanostrukturer, hur man bäst leder strömmen till de ställen i den ytterst lilla kaviteten där den gör mest nytta och hur förstärkningsmediets optimala våglängd sammanfaller med resonansen i mikrokaviteten. Samtidigt handlar det om att göra detta i nya material (nitrider) där vi själva håller på att bygga upp en kompetens, men där vi också har inlett samarbete med mycket erfarna forskare på École Polytechnique Fédérale de Lausanne om tillverkning av nitridmaterial samt med Politecnico di Torino om datorsimuleringar av strömtransporten i de ofta komplicerade nitridstrukturerna.