Nell'ultimo numero di SCIENCE CHINA Materials, il team di Liu Jianping's del Suzhou Institute of Nanotechnology and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences, ha pubblicato i progressi della ricerca sui diodi laser verdi (LD) a base di GaN.
L'articolo utilizza vari metodi di misurazione ottica per caratterizzare la struttura e il chip del LD verde. (Informazioni sull'articolo: Tian, A., Hu, L., Li, X. et al. Potenziale disomogeneità notevolmente soppressa e miglioramento delle prestazioni dei diodi laser verdi InGaN del piano c. Sci. China Mater. (2021). https:// doi.org/10.1007/s40843-021-1804-x)
(A) Struttura del dispositivo (b) Struttura epitassiale
(C) Schema schematico della distribuzione della luce del LD verde perpendicolare alla giunzione pn
I risultati della caratterizzazione mostrano che quando la densità di potenza di eccitazione è 7 W cm-2, la larghezza a metà altezza della fotoluminescenza a 300 K è 108 meV e quando la densità di corrente è 20 A cm-2, la larghezza a metà altezza dell'elettroluminescenza è 114 meV. Questi I risultati della ricerca mostrano che l'uniformità dell'energia potenziale è stata notevolmente migliorata. Allo stesso tempo, il valore di , che caratterizza l'ampiezza di distribuzione dello stato locale ottenuto dal test di fotoluminescenza a temperatura variabile, e il valore E0 dello stato di coda della banda locale degli eccitoni ottenuto dal test di fotoluminescenza risolta nel tempo, sono molto piccoli, indicando ulteriormente che l'uniformità dell'energia potenziale è molto alta. Buono. Grazie all'uniformità dell'energia potenziale notevolmente migliorata, è stato ottenuto un chip LD verde con un'efficienza di pendenza di 0,8 W A-1 e una potenza ottica di uscita di 1,7 W.
(A) Spettro EL con diverse densità di corrente (b) potenza di uscita del LD verde
Inoltre, il team di Liu Jianping ha anche riferito sui risultati della ricerca sui laser blu GaN alla quarta conferenza accademica sui semiconduttori a banda larga l'8 novembre 2021. Sulla base del lavoro precedente, attraverso l'uso della tecnologia flip chip e della struttura dell'imballaggio a bassa resistenza termica , la potenza di uscita ottica del laser blu a funzionamento continuo è stata notevolmente aumentata. La resistenza termica del pacchetto è di 6,7 K/W e la potenza ottica in uscita di lavoro continua raggiunge i 7,5 W.
Il diagramma corrente-ottico potenza-tensione del laser blu sviluppato dal team di Liu Jianping's presso l'Istituto di nanotecnologia di Suzhou
Abbiamo notato che la recente ricerca sui laser a base di GaN continua a scaldarsi, e ci sono continue segnalazioni sui relativi sviluppi. Nel marzo di quest'anno, il team di Kang Junyong e Li Jinchai dell'Università di Xiamen e di San'an Optoelectronics ha ottenuto risultati rivoluzionari in un progetto di ricerca tecnologica congiunto. La progettazione e la produzione di laser blu InGaN ad alta potenza ultra-8 watt ha raggiunto gli standard internazionali. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Optics and Laser Technology
Ad agosto, il team del ricercatore Zhao Degang dello State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics dell'Istituto di semiconduttori dell'Accademia cinese delle scienze ha sviluppato un laser blu ad alta potenza a base di nitruro di gallio (GaN) con una potenza di uscita continua fino a 6 W a temperatura ambiente. I risultati sono stati pubblicati sul Journal of Semiconductors (informazioni sull'articolo: doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112801).
Il boom della ricerca deriva dalla rapida e costante crescita del mercato dei laser GaN, che ha iniziato ad essere ampiamente utilizzato in molti campi come display, storage, militare, medico, strumentazione, intrattenimento, litografia e stampa. Tuttavia, i laser GaN sono difficili da produrre e presentano grandi barriere tecniche. I prodotti sono stati a lungo controllati da diverse grandi aziende internazionali e sono conosciuti come il fiore all'occhiello. Le difficoltà tecniche includono principalmente: materiali di substrato di alta qualità, strutture epitassiali di alta qualità, contatti ohmici di alta qualità e scissione del cristallo atomico.
Scala e classificazione di applicazione del mercato globale dei laser
Prendendo come esempio un materiale del substrato di alta qualità, il substrato deve essere un materiale con una bassa densità di difetti. Rispetto ad altri dispositivi GaN, i laser basati su GaN hanno i requisiti più rigorosi per la qualità del cristallo, perché la densità di corrente dei laser GaN è cento o anche mille volte quella dei dispositivi ordinari. Pertanto, se vi sono difetti di dislocazione ad alta densità nel materiale, si formerà un percorso di perdita che porterà a un rapido guasto del dispositivo.
Il metodo convenzionale consiste nell'epitassiale della struttura del laser sul substrato a cristallo singolo di GaN e quindi preparare il laser a semiconduttore. Attualmente, Sumitomo Electric, il principale fornitore mondiale di substrati GaN monocristallini, è anche un importante partner di Nichia ed è stato sottoposto a rigoroso embargo a causa del suo importante uso militare.
Fortunatamente, negli ultimi anni, i principali produttori nazionali di substrati rappresentati da Suzhou Navitas e Dongguan Zhonggal hanno compiuto rapidi progressi nello sviluppo di substrati monocristallini di GaN di alta qualità. La densità di dislocazione dei prodotti Navitas ha raggiunto i 104 cm-2. , Raggiungere il livello avanzato del mondo's, sostanzialmente risolvendo il dilemma dei materiali del substrato laser GaN che sono"bloccato" da paesi esteri.
Insomma
Nichia controlla ancora l'attuale mercato dei laser GaN ad alta potenza, mentre Sharp e Osram sono i principali fornitori mondiali di laser basati su GaN di piccola e media potenza. Se il mio Paese vuole entrare in questo mercato, ha bisogno di aumentare gli investimenti in ingegneria e industrializzazione, e sforzarsi di superare i problemi e le difficoltà dell'industrializzazione, al fine di sfondare completamente il monopolio internazionale e realizzare veramente la localizzazione dei laser a base di GaN.
