Ajakirja SCIENCE CHINA Materials viimases numbris avaldas Hiina Teaduste Akadeemia Suzhou nanotehnoloogia ja nanobioonika instituudi Liu Jianping' meeskond GaN-põhiste roheliste laserdioodide (LD) uurimise edusammud.
Artiklis kasutatakse erinevaid optilisi mõõtmismeetodeid rohelise LD struktuuri ja kiibi iseloomustamiseks. (Artikliteave: Tian, A., Hu, L., Li, X. jt. Vähendasid oluliselt c-tasapinnaliste InGaN roheliste laserdioodide potentsiaalset ebahomogeensust ja jõudluse paranemist. Sci. China Mater. (2021). https:// doi.org/10.1007/s40843-021-1804-x)
(A) Seadme struktuur (b) Epitaksiaalne struktuur
(C) Rohelise LD valgusjaotuse skemaatiline diagramm risti pn-siirde suhtes
Iseloomustustulemused näitavad, et kui ergastusvõimsuse tihedus on 7 W cm-2, on fotoluminestsentsi poolkõrgus laius 300 K juures 108 meV ja kui voolutihedus on 20 A cm-2, on elektroluminestsentsi poolkõrgus laius 114. meV. Need Uuringutulemused näitavad, et potentsiaalse energia ühtlus on oluliselt paranenud. Samal ajal on σ väärtus, mis iseloomustab muutuva temperatuuriga fotoluminestsentskatsest saadud lokaalse oleku jaotuslaiust, ja ajalahutusega fotoluminestsentskatsest saadud eksitoni lokaalse riba sabaoleku E0 väärtus, on väga väikesed, mis näitab veelgi, et potentsiaalne energia ühtlus on väga kõrge. hea. Tänu oluliselt paranenud potentsiaalse energia ühtlusele on saavutatud roheline LD-kiip, mille kalde kasutegur on 0,8 W A-1 ja väljundoptiline võimsus 1,7 W.
(A) EL-spekter erinevate voolutiheduste korral (b) rohelise LD väljundvõimsus
Lisaks andis Liu Jianpingi meeskond GaN siniste laserite uurimistulemustest aru ka neljandal lairibaga pooljuhtide akadeemilisel konverentsil 8. novembril 2021. Eelneva töö põhjal, kasutades flip chip tehnoloogiat ja madala soojustakistusega pakendistruktuuri , on pidevalt töötava sinise laseri optiline väljundvõimsus oluliselt suurenenud. Pakendi soojustakistus on 6,7 K/W ja pidev tööväljundi optiline võimsus ulatub 7,5 W-ni.
Sinise laseri voolu-optilise toite-pinge diagramm, mille on välja töötanud Liu Jianping' meeskond Suzhou nanotehnoloogia instituudis
Oleme märganud, et hiljutised uuringud GaN-põhiste laserite kohta kuumenevad ja nendega seotud arengute kohta on pidevalt teateid. Tänavu märtsis saavutas Xiameni ülikooli Kang Junyongi ja Li Jinchai ning San'an Optoelectronics meeskond ühises tehnoloogiauuringute projektis läbimurdelisi tulemusi. Ultra-8-vatiste suure võimsusega InGaN siniste laserite projekteerimine ja tootmine on jõudnud rahvusvahelistele standarditele. Tulemused avaldati ajakirjas Optics and Laser Technology
Augustis töötas Hiina Teaduste Akadeemia pooljuhtide instituudi integreeritud optoelektroonika riikliku võtmelabori teadlase Zhao Degangi meeskond välja galliumnitriidil (GaN) põhineva suure võimsusega sinise laseri, mille pidev väljundvõimsus on kuni kuni 6 W toatemperatuuril. Tulemused avaldati ajakirjas Journal of Semiconductors (artikli teave: doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112801).
Uurimisbuum tuleneb GaN laserituru kiirest ja pidevast kasvust, mida on hakatud laialdaselt kasutama paljudes valdkondades, nagu kuvarid, ladustamine, sõjavägi, meditsiin, mõõteriistad, meelelahutus, litograafia ja trükkimine. GaN lasereid on aga keeruline toota ja neil on suured tehnilised tõkked. Tooteid on pikka aega kontrollinud mitmed suured rahvusvahelised ettevõtted ja neid tuntakse kroonijuveelina. Tehnilised raskused hõlmavad peamiselt: kvaliteetseid alusmaterjale, kvaliteetseid epitaksiaalseid struktuure, kvaliteetseid oomilisi kontakte ja aatomikristallide lõhustamist.
Globaalne laserituru rakendusskaala ja klassifikatsioon
Võttes näiteks kvaliteetse alusmaterjali, peab alus olema madala defektide tihedusega materjal. Võrreldes teiste GaN-seadmetega on GaN-põhistel laseritel kõige rangemad nõuded kristallide kvaliteedile, kuna GaN-laserite voolutihedus on sada või isegi tuhat korda suurem tavaseadmetest. Seega, kui materjalis esineb suure tihedusega nihestuste defekte, tekib lekketee, mis põhjustab seadme kiiret riket.
Tavapärane meetod on laserstruktuuri epitakseerimine GaN monokristall-substraadil ja seejärel pooljuhtlaseri ettevalmistamine. Praegu on Sumitomo Electric, maailma'. suurim GaN-monokristallilise substraadi tarnija, samuti Nichia oluline partner ning talle on selle olulise sõjalise kasutuse tõttu kehtestatud range embargo.
Õnneks on viimastel aastatel suured kodumaised substraaditootjad, keda esindavad Suzhou Navitas ja Dongguan Zhonggal, teinud kiireid edusamme kvaliteetsete GaN monokristallsubstraatide väljatöötamisel. Navitase toodete dislokatsioonitihedus on jõudnud 104cm-2-ni. , Jõudes maailma's kõrgtasemele, lahendades põhimõtteliselt dilemma, mille kohaselt GaN lasersubstraatmaterjalid on"kinni jäänud" välisriikide poolt.
Kokkuvõtteks
Nichia kontrollib endiselt praegust suure võimsusega GaN-laserite turgu, samas kui Sharp ja Osram on maailma' väikese ja keskmise võimsusega GaN-põhiste laserite peamised tarnijad. Kui minu riik soovib sellele turule siseneda, peab ta suurendama investeeringuid inseneri- ja industrialiseerimisse ning püüdma ületada industrialiseerimise probleemid ja raskused, et murda täielikult läbi rahvusvahelisest monopolist ja realiseerida tõeliselt GaN-põhiste laserite lokaliseerimine.
