I det seneste nummer af SCIENCE CHINA Materials offentliggjorde Liu Jianping's team fra Suzhou Institute of Nanotechnology and Nano-Bionics, det kinesiske videnskabsakademi forskningens fremskridt om GaN-baserede grønne laserdioder (LD).
Artiklen bruger forskellige optiske målemetoder til at karakterisere strukturen og chip af den grønne LD. (Artikelinformation: Tian, A., Hu, L., Li, X. et al. Stærkt undertrykt potentiel inhomogenitet og ydeevneforbedring af c-plane InGaN grønne laserdioder. Sci. China Mater. (2021). https:// doi.org/10.1007/s40843-021-1804-x)
(A) Enhedsstruktur (b) Epitaksial struktur
(C) Skematisk diagram af lysfordelingen af den grønne LD vinkelret på pn-krydset
Karakteriseringsresultaterne viser, at når excitationseffekttætheden er 7 W cm-2, er fotoluminescens-halvhøjdebredden ved 300 K 108 meV, og når strømtætheden er 20 A cm-2, er elektroluminescenshalvhøjdebredden 114 meV. Disse Forskningsresultater viser, at ensartetheden af potentiel energi er blevet væsentligt forbedret. Samtidig er værdien af σ, som karakteriserer fordelingsbredden af den lokale tilstand opnået fra fotoluminescenstesten med variabel temperatur, og E0-værdien af haletilstanden af det lokale excitonbånd opnået fra den tidsopløste fotoluminescenstest, er meget små, hvilket yderligere indikerer, at den potentielle energiensartethed er meget høj. godt. På grund af den stærkt forbedrede potentielle energiensartethed er der opnået en grøn LD-chip med en hældningseffektivitet på 0,8 W A-1 og en optisk udgangseffekt på 1,7 W.
(A) EL-spektrum under forskellige strømtætheder (b) udgangseffekt af grøn LD
Derudover rapporterede Liu Jianping-teamet også om forskningsresultaterne af GaN blå lasere på den fjerde Wide Bandgap Semiconductor Academic Conference den 8. november 2021. Baseret på det tidligere arbejde, gennem brug af flip-chip-teknologi og pakkestruktur med lav termisk modstand , er den optiske udgangseffekt af den kontinuerligt arbejdende blå laser blevet kraftigt øget. Pakkens termiske modstand er 6,7 K/W, og den kontinuerlige optiske udgangseffekt når 7,5 W.
Det strøm-optiske strøm-spændingsdiagram af den blå laser udviklet af Liu Jianping's team ved Suzhou Institute of Nanotechnology
Vi har bemærket, at den seneste forskning om GaN-baserede lasere fortsætter med at varme op, og der er løbende rapporter om relaterede udviklinger. I marts i år opnåede holdet af Kang Junyong og Li Jinchai fra Xiamen University og San'an Optoelectronics banebrydende resultater i et fælles teknologiforskningsprojekt. Designet og produktionen af ultra-8-watt højeffekt InGaN blå lasere har nået internationale standarder. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Optics and Laser Technology
I august udviklede holdet af forskeren Zhao Degang fra State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics ved Institute of Semiconductors ved det kinesiske videnskabsakademi en galliumnitrid (GaN)-baseret højeffekts blå laser med en kontinuerlig udgangseffekt på op til 6 W ved stuetemperatur. Resultaterne blev offentliggjort i Journal of Semiconductors (artikelinformation: doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112801).
Forskningsboomet stammer fra den hurtige og konstante vækst på GaN-lasermarkedet, som er begyndt at blive meget brugt på mange områder som display, opbevaring, militær, medicinsk, instrumentering, underholdning, litografi og trykning. GaN-lasere er dog svære at producere og har store tekniske barrierer. Produkterne har været kontrolleret af flere store internationale virksomheder gennem længere tid og er kendt som juvelen i kronen. De tekniske vanskeligheder omfatter hovedsageligt: substratmaterialer af høj kvalitet, epitaksiale strukturer af høj kvalitet, ohmske kontakter af høj kvalitet og atomisk krystalspaltning.
Global lasermarkedsapplikationsskala og klassificering
Tager man et substratmateriale af høj kvalitet som et eksempel, kræves det, at substratet er et materiale med lav defektdensitet. Sammenlignet med andre GaN-enheder har GaN-baserede lasere de strengeste krav til krystalkvalitet, fordi strømtætheden af GaN-lasere er hundrede eller endda tusind gange større end almindelige enheder. Derfor, hvis der er højdensitetsdefekter af dislokationer i materialet, vil der dannes en lækagebane, hvilket fører til hurtig enhedsfejl.
Den konventionelle metode er at epitaksialisere laserstrukturen på GaN-enkeltkrystalsubstratet og derefter forberede halvlederlaseren. På nuværende tidspunkt er Sumitomo Electric, verdens's bedste GaN monokrystallinske substratleverandør, også en vigtig partner for Nichia og har været strengt underkastet embargo på grund af dets vigtige militære anvendelse.
Heldigvis har store indenlandske substratproducenter repræsenteret af Suzhou Navitas og Dongguan Zhonggal i de senere år gjort hurtige fremskridt i udviklingen af højkvalitets GaN enkeltkrystalsubstrater. Dislokationstætheden af Navitas-produkter har nået 104 cm-2. , At nå verdens's avancerede niveau, dybest set løse dilemmaet med GaN-lasersubstratmaterialer, der er"fast" af fremmede lande.
Afslutningsvis
Nichia kontrollerer stadig det nuværende højeffekt GaN-lasermarked, mens Sharp og Osram er verdens's mainstream-leverandører af små og mellemstore GaN-baserede lasere. Hvis mit land ønsker at komme ind på dette marked, skal det øge investeringerne i teknik og industrialisering og stræbe efter at overvinde industrialiseringens problemer og vanskeligheder for fuldstændigt at bryde igennem det internationale monopol og virkelig realisere lokaliseringen af GaN-baserede lasere.
