În cel mai recent număr al SCIENCE CHINA Materials, echipa lui Liu Jianping de la Suzhou Institute of Nanotechnology and Nano-Bionics, Academia Chineză de Științe a publicat progresul cercetării privind diodele laser verzi bazate pe GaN (LD).
Articolul utilizează diverse metode de măsurare optică pentru a caracteriza structura și cipul LD verde. (Informații despre articol: Tian, A., Hu, L., Li, X. et al. Foarte mult suprimat inhomogeneity potențial și îmbunătățirea performanței c-plan InGaN diode laser verde. Sci. China Mater. (2021). https:// doi.org/10.1007/s40843-021-1804-x)
(A) Structura dispozitivului (b) Structura epitaxiale
(C) Diagrama schematică a distribuției luminii LD verde perpendiculară pe joncțiunea p-n
Rezultatele caracterizării arată că atunci când densitatea puterii de excitație este de 7 W cm-2, lățimea de fotoluminescență la jumătatea înălțimii la 300 K este de 108 meV, iar când densitatea curentă este de 20 A cm-2, lățimea de jumătate de înălțime a electroluminiscenței este de 114 meV. Acestea Rezultatele cercetării arată că uniformitatea energiei potențiale a fost îmbunătățită semnificativ. În același timp, valoarea σ, care caracterizează lățimea de distribuție a stării locale obținută în urma testului de fotoluminescență cu temperatură variabilă, și valoarea E0 a stării cozii benzii locale exciton obținute în urma testului de fotoluminescență rezolvat în timp, sunt foarte mici, indicând în continuare că uniformitatea energetică potențială este foarte ridicată. bun. Datorită uniformității energetice potențiale mult îmbunătățite, a fost atins un cip LD verde cu o eficiență a pantei de 0,8 W A-1 și o putere optică de ieșire de 1,7 W.
(A) Spectrul EL în cadrul diferitelor densități ale curentului (b) puterea de ieșire a LD verde
În plus, echipa Liu Jianping a raportat, de asemenea, rezultatele cercetării laserelor albastre GaN la cea de-a patra conferință academică Wide Bandgap Semiconductor din 8 noiembrie 2021. Pe baza lucrărilor anterioare, prin utilizarea tehnologiei flip chip și a structurii de ambalare cu rezistență termică scăzută, puterea de ieșire optică a laserului albastru de lucru continuu a fost mult crescută. Rezistența termică a pachetului este de 6,7 K/W, iar puterea optică de ieșire continuă de lucru ajunge la 7,5 W.
Diagrama curent-optică de putere-tensiune a laserului albastru dezvoltată de echipa lui Liu Jianping de la Suzhou Institute of Nanotechnology
Am observat că cercetările recente privind laserele bazate pe GaN continuă să se încălzească și există rapoarte continue privind evoluțiile conexe. În luna martie a acestui an, echipa formată din Kang Junyong și Li Jinchai de la Universitatea Xiamen și San'an Optoelectronics a obținut rezultate revoluționare într-un proiect comun de cercetare tehnologică. Proiectarea și producția de lasere albastre InGaN de mare putere ultra-8 wați au atins standarde internaționale. Rezultatele au fost publicate în revista Optics and Laser Technology
În luna august, echipa de cercetător Zhao Degang de la Laboratorul cheie de stat de optoelectronică integrată a Institutului de Semiconductori al Academiei Chineze de Științe a dezvoltat un laser albastru de mare putere pe bază de nitrură de galiu (GaN), cu o putere de ieșire continuă de până la 6 W la temperatura camerei. Rezultatele au fost publicate în Journal of Semiconductors (informații articol: doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112801).
Boom-ul de cercetare provine din creșterea rapidă și constantă a pieței laserului GaN, care a început să fie utilizat pe scară largă în multe domenii, cum ar fi afișarea, depozitarea, armata, medical, instrumentația, divertismentul, litografia și imprimarea. Cu toate acestea, laserele GaN sunt dificil de produs și au bariere tehnice mari. Produsele au fost controlate de mai multe companii internaționale mari pentru o lungă perioadă de timp și sunt cunoscute sub numele de bijuterie în coroană. Dificultățile tehnice includ în principal: materiale de substrat de înaltă calitate, structuri epitaxiale de înaltă calitate, contacte ohmice de înaltă calitate și clivaj de cristal atomic.
Scala de aplicare și clasificarea globală a pieței laserului
Luând ca exemplu un material de substrat de înaltă calitate, substratul trebuie să fie un material cu o densitate scăzută a defectelor. În comparație cu alte dispozitive GaN, laserele bazate pe GaN au cele mai stricte cerințe pentru calitatea cristalelor, deoarece densitatea actuală a laserelor GaN este de o sută sau chiar o mie de ori mai mare decât cea a dispozitivelor obișnuite. Prin urmare, dacă există defecte de înaltă densitate de dislocări în material, se va forma o cale de scurgere, ceea ce duce la defectarea rapidă a dispozitivului.
Metoda convențională este de a epitaxia structura laser pe substratul unic de cristal GaN și apoi de a pregăti laserul semiconductor. În prezent, Sumitomo Electric, cel mai mare furnizor de substrat monocristalin GaN din lume, este, de asemenea, un partener important al Nichia și a fost strict embargoat datorită utilizării sale militare importante.
Din fericire, în ultimii ani, principalii producători interni de substraturi reprezentați de Suzhou Navitas și Dongguan Zhonggal au făcut progrese rapide în dezvoltarea substraturilor mono cristaline GaN de înaltă calitate. Densitatea de dislocare a produselor Navitas a ajuns la 104cm-2. , Ajungând la nivelul avansat al lumii, rezolvând practic dilema materialelor de substrat laser GaN fiind "blocate" de țări străine.
în concluzie
Nichia controlează în continuare piața actuală a laserelor GaN de mare putere, în timp ce Sharp și Osram sunt furnizorii principali din lume de lasere gaN de mică și medie putere. Dacă țara mea dorește să intre pe această piață, trebuie să crească investițiile în inginerie și industrializare și să depună eforturi pentru a depăși problemele și dificultățile industrializării, pentru a sparge complet monopolul internațional și pentru a realiza cu adevărat localizarea laserelor bazate pe GaN.
