高熱伝導性ダイヤモンド基板を使用した効率的な放熱ペロブスカイトレーザー

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この図は、三角形の MAPbI3 ナノプレートレット、SiO3 ギャップ層、およびダイヤモンド基板で構成される、提案された光ポンピング MAPbI2 ウィスパリングギャラリーモード (WGM) レーザーの概略図を示しています。クレジット ©サイエンスチャイナプレス

この図は、三角形の MAPbI3 ナノプレートレット、SiO3 ギャップ層、およびダイヤモンド基板で構成される、提案された光ポンピング MAPbI2 ウィスパリングギャラリーモード (WGM) レーザーの概略図を示しています。クレジット
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要約：
ペロブスカイトレーザーは、フェムト秒パルス励起レーザー発振から連続波励起レーザー発振の開発において急速に進歩を遂げており、これは電気励起レーザー発振に向けた重要なステップと考えられています。室温での連続発振発振の次の目標は、電気駆動発振を実現することです。市販の電気注入レーザーでは、大きな熱伝導率 κ と高い電荷キャリア移動度 m の両方を備えた従来のエピタキシャル成長単結晶半導体は、通常、大電流が流れると小さな抵抗加熱を示します。ペロブスカイトは大きくバランスの取れた電荷キャリア移動度を持っていますが、κ 値が小さいという欠点があります。 MAPbI3 の熱伝導率は 1 ～ 3 W m-1 K-1 であり、GaAs の熱伝導率 (50 W m-1 K-1) よりも劣ります。したがって、非放射経路によるエネルギー損失から変換された熱は効果的に放散できません。この障害により、キャリアが高温でより広いエネルギー範囲を占めるため、発振閾値が上昇し、劣化や熱誘発欠陥などの他の問題とともに、特定の遷移の反転分布が薄れます。分布帰還型 (DFB) ペロブスカイトレーザーの最低電気励起閾値は 24 mA cm-2 にもなります。さらに、レーザーデバイスに使用される従来のペロブスカイト発光ダイオードアーキテクチャでは高電流注入が行われるため、高電流注入条件下ではジュール加熱により外部量子効率が大幅に制限されてしまいます。したがって、熱管理はペロブスカイトベースの電気駆動レーザー開発のボトルネックとなっています。

高熱伝導率ダイヤモンド基板を用いた効率的な放熱ペロブスカイトレーザー

北京、中国 |投稿日: 14 年 2023 月 XNUMX 日

この観点から、Guohui Li教授、Shengwang Yu教授、太原理工大学のYanxia Cui教授、ルンド大学のKaibo Zheng教授を含む研究者グループは、ダイヤモンド基板上でペロブスカイトナノプレートレットレーザーを実証しました。光ポンピング中に発生する熱を効率的に放散します。実証されたレーザーは、Q 値が約 1962、発振閾値が 52.19 μJ cm-2 であることを特徴としています。ナノプレートレットとダイヤモンド基板の間に薄い SiO2 ギャップ層を導入することによっても、厳密な光閉じ込めが実現されます。構造内部の電場分布は、厚さ 2 nm の広い SiO200 ギャップがダイヤモンド基板内に生成する漏洩電界を明らかに減少させ、同時に MAPbI3 ナノプレートレット内でのより良いモード閉じ込めを示唆していることを示しています。彼らは、光ポンピング条件下での温度変化によって、ダイヤモンド基板上のペロブスカイトナノプレートレットレーザーの熱放散を評価しました。このレーザーは、ダイヤモンド基板の組み込みにより、ポンプ密度に依存する温度感度が低い (約 0.56 ± 0.01 K cm2 μJ-1) という特徴を備えています。感度は、以前に報告されたガラス基板上のペロブスカイトナノワイヤレーザーの値より XNUMX ～ XNUMX 桁低いです。高熱伝導性ダイヤモンド基板により、ナノプレートレットレーザーは高いポンプ密度で動作することができます。この研究は、電気駆動のペロブスカイトレーザーの開発に刺激を与える可能性がある。この研究は SCIENCE CHINA Materials に掲載されました (https://doi.org/10.1007/s40843-022-2355-6)

この研究は、中国国家自然科学財団 (U21A20496、61922060、61775156、61805172,12104334、62174117、61905173、および 202102150101007)、山西省の主要研究開発プログラム (2022)、山西省先端材料研究所、および化学工学プログラム（020SX-TD20210302123154）、山西省自然科学財団（20210302123169および2021）、中国山西省奨学会支援研究プロジェクト（033-2021）、山西済大先端材料研究所支援研究プロジェクトおよび化学工学（008SX-FR2020206）、緑梁市の人材紹介特別プロジェクト（Rc2020207およびRc202006935009）。 Guohui Li 氏はまた、中国奨学会からの支援にも感謝しています (XNUMX)。

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