W najnowszym wydaniu SCIENCE CHINA Materials zespół Liu Jianpinga' z Suzhou Institute of Nanotechnology and Nano-Bionics, Chińska Akademia Nauk, opublikował postęp badań nad zielonymi diodami laserowymi (LD) opartymi na GaN.
W artykule wykorzystano różne optyczne metody pomiarowe do scharakteryzowania struktury i chipa zielonego LD. (Informacje o artykule: Tian, A., Hu, L., Li, X. et al. Znacznie stłumiona potencjalna niejednorodność i poprawa wydajności zielonych diod laserowych InGaN w płaszczyźnie c. Sci. China Mater. (2021). https:// doi.org/10.1007/s40843-021-1804-x)
(A) Struktura urządzenia (b) Struktura epitaksjalna
(C) Schemat ideowy rozsyłu światła zielonego LD prostopadle do złącza pn
Wyniki charakteryzacji wskazują, że przy gęstości mocy wzbudzenia 7 W cm-2 szerokość połówkowa fotoluminescencji przy 300 K wynosi 108 meV, a przy gęstości prądu 20 A cm-2 szerokość połówkowa fotoluminescencji wynosi 114 meV. Te Wyniki badań pokazują, że równomierność energii potencjalnej uległa znacznej poprawie. Jednocześnie wartość σ charakteryzująca szerokość rozkładu stanu lokalnego uzyskaną z testu fotoluminescencji w zmiennej temperaturze oraz wartość E0 stanu ogona pasma lokalnego ekscytonu uzyskaną z testu fotoluminescencji czasowo-rozdzielczej, są bardzo małe, co dodatkowo wskazuje, że jednorodność energii potencjalnej jest bardzo wysoka. dobry. Ze względu na znacznie poprawioną jednolitość energii potencjalnej uzyskano zielony chip LD o wydajności nachylenia 0,8 W A-1 i wyjściowej mocy optycznej 1,7 W.
(A) Widmo EL przy różnych gęstościach prądu (b) moc wyjściowa zielonego LD
Ponadto zespół Liu Jianping poinformował również o wynikach badań niebieskich laserów GaN na czwartej konferencji naukowej dotyczącej półprzewodników szerokopasmowych w dniu 8 listopada 2021 r. W oparciu o poprzednie prace, dzięki zastosowaniu technologii flip chip i konstrukcji opakowania o niskiej odporności termicznej , optyczna moc wyjściowa ciągłego niebieskiego lasera została znacznie zwiększona. Odporność termiczna pakietu wynosi 6,7 K/W, a moc optyczna wyjściowa podczas pracy ciągłej sięga 7,5 W.
Schemat prądowo-optyczny-napięcie zasilania niebieskiego lasera opracowany przez zespół Liu Jianping' w Suzhou Institute of Nanotechnology
Zauważyliśmy, że ostatnie badania nad laserami opartymi na GaN wciąż się nagrzewają i wciąż pojawiają się doniesienia na temat powiązanych z nimi postępów. W marcu tego roku zespół Kang Junyong i Li Jinchai z Xiamen University i San'an Optoelectronics osiągnął przełomowe wyniki we wspólnym projekcie badawczym technologii. Projektowanie i produkcja ultra-8-watowych laserów InGaN o dużej mocy osiągnęły międzynarodowe standardy. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Optics and Laser Technology
W sierpniu zespół badacza Zhao Deganga z Państwowego Kluczowego Laboratorium Optoelektroniki Zintegrowanej Instytutu Półprzewodników Chińskiej Akademii Nauk opracował niebieski laser dużej mocy na bazie azotku galu (GaN) o ciągłej mocy wyjściowej do 6 W w temperaturze pokojowej. Wyniki zostały opublikowane w Journal of Semiconductors (informacje o artykule: doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112801).
Boom badawczy wynika z szybkiego i stałego wzrostu rynku laserów GaN, który zaczął być szeroko stosowany w wielu dziedzinach, takich jak wyświetlacze, przechowywanie, wojsko, medycyna, oprzyrządowanie, rozrywka, litografia i drukowanie. Jednak lasery GaN są trudne do wyprodukowania i mają duże bariery techniczne. Produkty od dawna są kontrolowane przez kilka dużych międzynarodowych firm i są znane jako klejnot w koronie. Trudności techniczne to przede wszystkim: wysokiej jakości materiały podłoża, wysokiej jakości struktury epitaksjalne, wysokiej jakości styki omowe i rozpad kryształu atomowego.
Skala zastosowań i klasyfikacja na globalnym rynku laserów
Biorąc za przykład wysokiej jakości materiał podłoża, podłoże musi być materiałem o małej gęstości defektów. W porównaniu z innymi urządzeniami GaN, lasery oparte na GaN mają najbardziej rygorystyczne wymagania dotyczące jakości kryształów, ponieważ gęstość prądu w laserach GaN jest sto, a nawet tysiąc razy większa niż w zwykłych urządzeniach. Dlatego też, jeśli w materiale występują defekty o dużej gęstości przemieszczeń, utworzy się ścieżka wycieku, prowadząca do szybkiej awarii urządzenia.
Konwencjonalna metoda polega na epitaksji struktury lasera na monokrysztale GaN, a następnie przygotowaniu lasera półprzewodnikowego. Obecnie Sumitomo Electric, największy na świecie' dostawca monokrystalicznego podłoża GaN, jest również ważnym partnerem Nichii i został objęty surowym embargiem ze względu na jego ważne zastosowanie wojskowe.
Na szczęście w ostatnich latach główni krajowi producenci podłoży reprezentowani przez Suzhou Navitas i Dongguan Zhonggal poczynili szybkie postępy w rozwoju wysokiej jakości monokrystalicznych podłoży GaN. Gęstość dyslokacji produktów Navitas osiągnęła 104 cm-2. , Osiągnięcie światowego poziomu' w zasadzie rozwiązanie dylematu, że materiały podłoża laserowego GaN są"utknął" przez obce kraje.
na zakończenie
Nichia nadal kontroluje obecny rynek laserów GaN dużej mocy, podczas gdy Sharp i Osram są głównymi dostawcami na świecie' laserów na bazie GaN małej i średniej mocy. Jeśli mój kraj chce wejść na ten rynek, musi zwiększyć inwestycje w inżynierię i industrializację oraz dążyć do przezwyciężenia problemów i trudności industrializacji, aby całkowicie przełamać międzynarodowy monopol i naprawdę zrealizować lokalizację laserów na bazie GaN.
