エンジニアはデュアルを開発

2023 年 3 月 27 日

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ロスアラモス国立研究所による

ロスアラモス国立研究所のチームは、コロイド量子ドット技術に基づく技術的に実現可能な高輝度発光体に向けた重要な課題を克服し、光励起レーザーと高輝度電気駆動発光ダイオードの両方として動作する二重機能デバイスを実現した。 （導かれた）。

Advanced Materials 誌に記載されているように、この進歩は、電気励起コロイド量子ドット レーザーまたはレーザー ダイオードに向けた重要なマイルストーンを意味します。このレーザー ダイオードは、統合エレクトロニクスとフォトニクス、光インターコネクト、ラボオンなどの数多くの技術に影響を与える新しいタイプのデバイスです。 -チッププラットフォーム、ウェアラブルデバイス、医療診断。

「コロイド量子ドットレーザーダイオードの探求は、溶液処理可能な材料に基づいた電気励起レーザーと増幅器の実現を目的とした世界的な取り組みの一環です」とロスアラモス化学部門の科学者で研究チームリーダーのビクター・クリモフ氏は述べた。 「これらのデバイスは、事実上あらゆる基板との互換性、拡張性、従来のシリコンベースの回路を含むオンチップエレクトロニクスやフォトニクスとの統合の容易さが追求されてきました。」

標準的な LED と同様に、チームの新しいデバイスでは、量子ドット層が電気的に作動する発光体として機能しました。 しかし、1平方センチメートルあたり500アンペアを超える非常に高い電流密度により、このデバイスは1平方メートルあたり100万カンデラを超える前例のないレベルの明るさを実証しました（カンデラは、特定の方向に放射される光量を測定します）。 この明るさにより、昼光ディスプレイ、プロジェクター、信号機などの用途に適しています。

量子ドット層は、大きな正味光利得を備えた効率的な導波路増幅器としても機能しました。 ロス アラモスのチームは、電気ポンピングに必要なすべての電荷輸送層とその他の要素を含む完全に機能する LED タイプのデバイス スタックを使用して、狭帯域レーザー発振を実現しました。 この進歩により、大いに期待されていた電気ポンピングによるレーザー発振の実証への扉が開かれ、その効果によりコロイド量子ドットレーザー発振技術の完全な実現が可能になります。

半導体ナノ結晶 (コロイド量子ドット) は、レーザー ダイオードなどのレーザー デバイスを実装するための魅力的な材料です。 これらは、中程度の温度の化学技術により原子精度で調製できます。

さらに、量子ドットは、電子波動関数の自然な範囲に匹敵する小さな寸法のため、エネルギーが粒子サイズに直接依存する離散的な原子のような電子状態を示します。 いわゆる「量子サイズ」効果のこの結果を利用して、レーザー発振ラインを所望の波長に調整したり、複数の波長での発振をサポートする多色利得媒体を設計したりすることができる。 量子ドットの電子状態の独特な原子のようなスペクトルから得られる追加の利点としては、光学利得閾値が低いこと、デバイス温度の変化に対するレーザー発振特性の感度が抑制されていることなどが挙げられます。

ほとんどの量子ドットレーザー研究では、光利得媒体を励起するために短い光パルスが使用されてきました。 電気的に駆動される量子ドットによるレーザー発振の実現は、はるかに困難な課題です。 ロス アラモスの研究チームは、新しいデバイスを使用して、この目的に向けて重要な一歩を踏み出しました。