Na última edição da SCIENCE CHINA Materials, a equipe de Liu Jianping' do Instituto de Nanotecnologia e Nano-Biônica de Suzhou, a Academia Chinesa de Ciências publicou o progresso da pesquisa sobre diodos laser verdes (LD) baseados em GaN.
O artigo usa vários métodos de medição ótica para caracterizar a estrutura e o chip do LD verde. (Informações do artigo: Tian, A., Hu, L., Li, X. et al. Inomogeneidade potencial altamente suprimida e melhoria de desempenho de diodos de laser verde InGaN de plano c. Sci. China Mater. (2021). Https: // doi.org/10.1007/s40843-021-1804-x)
(A) Estrutura do dispositivo (b) Estrutura epitaxial
(C) Diagrama esquemático da distribuição de luz do LD verde perpendicular à junção pn
Os resultados da caracterização mostram que quando a densidade de potência de excitação é 7 W cm-2, a largura da meia altura da fotoluminescência a 300 K é 108 meV, e quando a densidade da corrente é 20 A cm-2, a largura da meia altura da eletroluminescência é 114 meV. Os resultados da pesquisa mostram que a uniformidade da energia potencial foi significativamente melhorada. Ao mesmo tempo, o valor de σ, que caracteriza a largura de distribuição do estado local obtido do teste de fotoluminescência de temperatura variável, e o valor E0 do estado da cauda da banda local de exciton obtido do teste de fotoluminescência resolvido no tempo, são muito pequenos, indicando ainda que a uniformidade da energia potencial é muito alta. Boa. Devido à uniformidade de energia potencial muito melhorada, um chip LD verde com uma eficiência de inclinação de 0,8 W A-1 e uma potência óptica de saída de 1,7 W foi alcançado.
(A) espectro EL sob diferentes densidades de corrente (b) potência de saída do LD verde
Além disso, a equipe de Liu Jianping também relatou os resultados da pesquisa de lasers azuis de GaN na Fourth Wide Bandgap Semiconductor Academic Conference em 8 de novembro de 2021. Com base no trabalho anterior, por meio do uso de tecnologia flip chip e estrutura de embalagem de baixa resistência térmica , a potência de saída óptica do laser azul de trabalho contínuo foi bastante aumentada. A resistência térmica do pacote é de 6,7 K / W, e a potência óptica de saída de trabalho contínua chega a 7,5 W.
O diagrama de potência óptica de corrente do laser azul desenvolvido pela equipe de Liu Jianping' no Instituto de Nanotecnologia de Suzhou
Percebemos que pesquisas recentes sobre lasers baseados em GaN continuam a esquentar e há relatórios contínuos sobre desenvolvimentos relacionados. Em março deste ano, a equipe de Kang Junyong e Li Jinchai da Universidade de Xiamen e da San'an Optoeletrônica alcançou resultados revolucionários em um projeto conjunto de pesquisa de tecnologia. O design e a produção de lasers azuis InGaN de ultra-8 watts de alta potência alcançaram os padrões internacionais. Os resultados foram publicados na revista Optics and Laser Technology
Em agosto, a equipe do pesquisador Zhao Degang do Laboratório Estadual de Optoeletrônica Integrada do Instituto de Semicondutores da Academia Chinesa de Ciências desenvolveu um laser azul de alta potência baseado em nitreto de gálio (GaN) com uma potência de saída contínua de até 6 W à temperatura ambiente. Os resultados foram publicados no Journal of Semiconductors (informações do artigo: doi: 10.1088 / 1674-4926 / 42/11/112801).
O boom de pesquisa decorre do crescimento rápido e constante do mercado de laser GaN, que começou a ser amplamente utilizado em muitos campos, como display, armazenamento, militar, médico, instrumentação, entretenimento, litografia e impressão. No entanto, os lasers de GaN são difíceis de produzir e têm grandes barreiras técnicas. Os produtos são controlados por várias grandes empresas internacionais há muito tempo e são conhecidos como a joia da coroa. As dificuldades técnicas incluem principalmente: materiais de substrato de alta qualidade, estruturas epitaxiais de alta qualidade, contatos ôhmicos de alta qualidade e clivagem de cristal atômico.
Escala e classificação de aplicação do mercado global de laser
Tomando o material de substrato de alta qualidade como exemplo, o substrato deve ser um material com baixa densidade de defeito. Em comparação com outros dispositivos GaN, os lasers baseados em GaN têm os requisitos mais rigorosos para a qualidade do cristal, porque a densidade de corrente dos lasers GaN é cem ou até mil vezes a dos dispositivos comuns. Portanto, se houver defeitos de alta densidade de luxações no material, um caminho de vazamento será formado, levando à rápida falha do dispositivo.
O método convencional é epitaxialmente a estrutura do laser no substrato de cristal único de GaN e, em seguida, preparar o laser semicondutor. Atualmente, a Sumitomo Electric, principal fornecedora de substrato monocristalino de GaN do mundo' também é uma importante parceira da Nichia e foi estritamente embargada devido ao seu importante uso militar.
Felizmente, nos últimos anos, os principais fabricantes de substratos domésticos representados por Suzhou Navitas e Dongguan Zhonggal fizeram rápido progresso no desenvolvimento de substratos de cristal único de GaN de alta qualidade. A densidade de deslocamento dos produtos Navitas atingiu 104cm-2. , Alcançando o nível avançado do mundo' basicamente resolvendo o dilema de materiais de substrato de laser GaN serem" travados" por países estrangeiros.
para concluir
Nichia ainda controla o mercado atual de laser GaN de alta potência, enquanto a Sharp e a Osram são os principais fornecedores mundiais de lasers baseados em GaN de pequena e média potência. Se meu país deseja entrar neste mercado, ele precisa aumentar os investimentos em engenharia e industrialização, e se esforçar para superar os problemas e dificuldades da industrialização, a fim de romper completamente o monopólio internacional e realizar verdadeiramente a localização dos lasers baseados em GaN.
