Viimeisimmässä SCIENCE CHINA Materials -lehden numerossa Liu Jianpingin'n Suzhou Institute of Nanotechnology and Nano-Bionics -tiimi, Kiinan tiedeakatemia julkaisi GaN-pohjaisten vihreiden laserdiodien (LD) tutkimuksen edistymisen.
Artikkelissa käytetään erilaisia optisia mittausmenetelmiä vihreän LD:n rakenteen ja sirun karakterisoimiseksi. (Artikkelitiedot: Tian, A., Hu, L., Li, X. et al. Tukahdutti suuresti c-tason InGaN vihreiden laserdiodien mahdollisen epähomogeenisuuden ja suorituskyvyn parantamisen. Sci. China Mater. (2021). https:// doi.org/10.1007/s40843-021-1804-x)
(A) Laitteen rakenne (b) Epitaksiaalinen rakenne
(C) Kaaviokaavio vihreän LD:n valon jakautumisesta kohtisuorassa pn-liitokseen nähden
Karakterisointitulokset osoittavat, että kun viritystehon tiheys on 7 W cm-2, fotoluminesenssin puolikorkeusleveys 300 K:ssa on 108 meV ja kun virrantiheys on 20 A cm-2, elektroluminesenssin puolikorkeusleveys on 114. meV. Nämä Tutkimustulokset osoittavat, että potentiaalienergian tasaisuus on parantunut merkittävästi. Samanaikaisesti σ:n arvo, joka kuvaa vaihtelevan lämpötilan fotoluminesenssitestistä saadun paikallisen tilan jakauman leveyttä, ja aikaresoluutioisesta fotoluminesenssitestistä saatu eksitonin paikalliskaistan häntätilan E0-arvo, ovat hyvin pieniä, mikä edelleen osoittaa, että potentiaalinen energiatasaisuus on erittäin korkea. hyvä. Voimakkaasti parannetun potentiaalienergian tasaisuuden ansiosta on saavutettu vihreä LD-siru, jonka kaltevuushyötysuhde on 0,8 W A-1 ja optinen lähtöteho 1,7 W.
(A) EL-spektri eri virrantiheyksillä (b) vihreän LD:n lähtöteho
Lisäksi Liu Jianping -tiimi raportoi myös GaN-sinisten lasereiden tutkimustuloksista neljännessä Wide Bandgap Semiconductor Academic Conferencessa 8.11.2021. Edellisen työn pohjalta flip chip -teknologian ja alhaisen lämpöresistanssin pakkausrakenteen avulla , jatkuvatoimisen sinisen laserin optista lähtötehoa on lisätty huomattavasti. Pakkauksen lämpöresistanssi on 6,7 K/W ja jatkuvatoiminen optinen teho saavuttaa 7,5 W.
Sinisen laserin virta-optinen teho-jännitekaavio, jonka on kehittänyt Liu Jianping'-tiimi Suzhoun nanoteknologiainstituutissa
Olemme havainneet, että viimeaikainen tutkimus GaN-pohjaisista lasereista kuumenee edelleen ja siihen liittyvistä kehityksestä raportoidaan jatkuvasti. Tämän vuoden maaliskuussa Xiamenin yliopiston Kang Junyongin ja Li Jinchain ja San'an Optoelectronicsin tiimi saavutti läpimurtotuloksia yhteisessä teknologian tutkimusprojektissa. Ultra-8 watin suuritehoisten InGaN-sinisten lasereiden suunnittelu ja tuotanto on saavuttanut kansainväliset standardit. Tulokset julkaistiin Optics and Laser Technology -lehdessä
Elokuussa Kiinan tiedeakatemian puolijohteiden instituutin integroidun optoelektroniikan osavaltion avainlaboratoriosta työskentelevä Zhao Degangin ryhmä kehitti galliumnitridiin (GaN) perustuvan suuritehoisen sinisen laserin, jonka jatkuva lähtöteho on enintään 6 W huoneenlämmössä. Tulokset julkaistiin Journal of Semiconductors -lehdessä (artikkelin tiedot: doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112801).
Tutkimusbuumi johtuu GaN-lasermarkkinoiden nopeasta ja tasaisesta kasvusta, jota on alettu käyttää laajasti monilla aloilla, kuten näyttö-, varastointi-, sotilas-, lääketieteellinen, instrumentointi-, viihde-, litografia- ja painatusalalla. GaN-lasereita on kuitenkin vaikea tuottaa ja niillä on suuret tekniset esteet. Tuotteet ovat olleet useiden suurten kansainvälisten yritysten hallinnassa pitkään ja ne tunnetaan kruununjalokivenä. Teknisiä vaikeuksia ovat pääasiassa: laadukkaat substraattimateriaalit, laadukkaat epitaksiaaliset rakenteet, korkealaatuiset ohmiset koskettimet ja atomikidehalkeama.
Globaalien lasermarkkinoiden sovellusasteikko ja luokitus
Esimerkkinä korkealaatuisesta alustamateriaalista substraatin edellytetään olevan materiaalia, jolla on pieni virhetiheys. Muihin GaN-laitteisiin verrattuna GaN-pohjaisilla lasereilla on tiukimmat vaatimukset kiteen laadulle, koska GaN-laserien virrantiheys on sata- tai jopa tuhatkertainen tavallisiin laitteisiin verrattuna. Siksi, jos materiaalissa on suuritiheyksisiä dislokaatiovirheitä, muodostuu vuotopolku, joka johtaa nopeaan laitevikaan.
Perinteinen menetelmä on epitaksoida laserrakenne GaN-yksikidealustalle ja valmistaa sitten puolijohdelaser. Tällä hetkellä Sumitomo Electric, maailman':n suurin yksikiteisten GaN-substraattien toimittaja, on myös Nichian tärkeä kumppani, ja sille on asetettu tiukka kauppasaarto tärkeän sotilaallisen käyttönsä vuoksi.
Onneksi viime vuosina suuret kotimaiset substraattivalmistajat, joita edustavat Suzhou Navitas ja Dongguan Zhonggal, ovat edistyneet nopeasti korkealaatuisten GaN-yksikidealustojen kehittämisessä. Navitas-tuotteiden dislokaatiotiheys on saavuttanut 104cm-2. , Maailman saavuttaminen's edistynyt taso, pohjimmiltaan ratkaiseva ongelma, että GaN-laser-substraattimateriaalit ovat"juuktuneet" ulkomailla.
tiivistettynä
Nichia hallitsee edelleen nykyisiä suuritehoisten GaN-lasermarkkinoita, kun taas Sharp ja Osram ovat maailman':n pienten ja keskitehoisten GaN-pohjaisten lasereiden päätoimittajat. Jos maani haluaa päästä näille markkinoille, sen on lisättävä investointeja suunnitteluun ja teollistumiseen sekä pyrittävä voittamaan teollistumisen ongelmat ja vaikeudet murtaakseen kokonaan kansainvälisen monopolin ja toteuttaakseen todella GaN-pohjaisten lasereiden lokalisoinnin.
