В последнем выпуске журнала SCIENCE CHINA Materials команда Лю Цзяньпина&№39 из Института нанотехнологий и нанобионики Сучжоу Китайской академии наук опубликовала результаты исследований зеленых лазерных диодов (LD) на основе GaN.
В статье используются различные оптические методы измерения для характеристики структуры и микросхемы зеленого ЛД. (Информация о статье: Tian, A., Hu, L., Li, X. et al. Значительное подавление неоднородности потенциала и улучшение характеристик зеленых лазерных диодов InGaN c-плоскости. Научные материалы Китая. (2021). Https: // doi.org/10.1007/s40843-021-1804-x)
(A) Структура устройства (b) Эпитаксиальная структура
(C) Принципиальная схема распределения света зеленого светодиода перпендикулярно pn переходу
Результаты характеризации показывают, что при плотности мощности возбуждения 7 Вт / см2 ширина на полувысоте фотолюминесценции при 300 К составляет 108 мэВ, а при плотности тока 20 А / см2 ширина на полувысоте электролюминесценции составляет 114 мэВ. мэВ. Эти результаты исследования показывают, что однородность потенциальной энергии была значительно улучшена. В то же время значение σ, которое характеризует ширину распределения локального состояния, полученную из теста фотолюминесценции с переменной температурой, и значение E0 хвостового состояния экситонной локальной полосы, полученное из теста фотолюминесценции с временным разрешением, очень малы, что дополнительно указывает на очень высокую однородность потенциальной энергии. хорошо. Благодаря значительно улучшенной однородности потенциальной энергии был получен зеленый LD-чип с дифференциальной эффективностью 0,8 Вт A-1 и выходной оптической мощностью 1,7 Вт.
(А) Спектр ЭЛ при разных плотностях тока (б) выходная мощность зеленого ЛД
Кроме того, команда Лю Цзяньпина также сообщила о результатах исследований голубых лазеров на GaN на Четвертой академической конференции по широкозонным полупроводникам 8 ноября 2021 года. , оптическая выходная мощность непрерывно работающего синего лазера была значительно увеличена. Тепловое сопротивление корпуса составляет 6,7 К / Вт, а выходная оптическая мощность в непрерывном режиме работы достигает 7,5 Вт.
Диаграмма "ток-оптическая мощность-напряжение" синего лазера, разработанная командой Лю Цзяньпина&# 39 из Института нанотехнологий Сучжоу.
Мы заметили, что недавние исследования лазеров на основе GaN продолжают набирать обороты, и постоянно появляются сообщения о соответствующих разработках. В марте этого года команда Кан Цзюньёна и Ли Цзиньчай из Университета Сямэнь и San'an Optoelectronics достигла прорывных результатов в совместном технологическом исследовательском проекте. Разработка и производство сверхмощных лазеров InGaN мощностью 8 Вт соответствует международным стандартам. Результаты опубликованы в журнале Optics and Laser Technology.
В августе группа исследователя Чжао Деган (Zhao Degang) из Государственной ключевой лаборатории интегрированной оптоэлектроники Института полупроводников Китайской академии наук разработала мощный синий лазер на основе нитрида галлия (GaN) с непрерывной выходной мощностью до 6 Вт при комнатной температуре. Результаты были опубликованы в Journal of Semiconductors (информация о статье: doi: 10.1088 / 1674-4926 / 42/11/112801).
Бум исследований связан с быстрым и устойчивым ростом рынка лазеров на основе GaN, которые начали широко использоваться во многих областях, таких как дисплеи, хранение, военная промышленность, медицина, приборостроение, развлечения, литография и печать. Однако лазеры на GaN сложны в производстве и имеют большие технические препятствия. Продукция длительное время контролируется несколькими крупными международными компаниями и известна как жемчужина в короне. К техническим трудностям в основном относятся: качественные материалы подложки, качественные эпитаксиальные структуры, качественные омические контакты и атомный скол кристалла.
Масштаб и классификация мирового лазерного рынка
Если взять в качестве примера высококачественный материал подложки, подложка должна быть материалом с низкой плотностью дефектов. По сравнению с другими приборами на GaN, лазеры на основе GaN предъявляют самые строгие требования к качеству кристаллов, поскольку плотность тока лазеров на GaN в сто или даже тысячи раз больше, чем у обычных устройств. Следовательно, если в материале есть дефекты с высокой плотностью дислокаций, образуется путь утечки, что приводит к быстрому выходу устройства из строя.
Традиционный метод заключается в эпитаксиальной эпитаксии лазерной структуры на монокристаллической подложке GaN с последующей подготовкой полупроводникового лазера. В настоящее время Sumitomo Electric, крупнейший в мире поставщик монокристаллической подложки GaN, также является важным партнером Nichia, и на нее наложено строгое эмбарго из-за ее важного использования в военных целях.
К счастью, в последние годы основные отечественные производители подложек, представленные Suzhou Navitas и Dongguan Zhonggal, добились быстрого прогресса в разработке высококачественных монокристаллических подложек GaN. Плотность дислокаций продуктов Navitas достигла 104 см-2. , Достижение мирового' продвинутого уровня, в основном решая дилемму материалов подложки лазера GaN, застрявшего" застрявшего" зарубежными странами.
в заключении
Nichia по-прежнему контролирует текущий рынок мощных лазеров на основе GaN, в то время как Sharp и Osram являются основными мировыми поставщиками лазеров на основе GaN малой и средней мощности. Если моя страна хочет выйти на этот рынок, ей необходимо увеличить инвестиции в машиностроение и индустриализацию, а также стремиться преодолеть проблемы и трудности индустриализации, чтобы полностью прорваться через международную монополию и действительно осуществить локализацию лазеров на основе GaN.
