Στο τελευταίο τεύχος του SCIENCE CHINA Materials, η ομάδα του Liu Jianping' από το Suzhou Institute of Nanotechnology and Nano-Bionics, η Κινεζική Ακαδημία Επιστημών δημοσίευσε την πρόοδο της έρευνας για τις πράσινες διόδους λέιζερ που βασίζονται στο GaN (LD).
Το άρθρο χρησιμοποιεί διάφορες μεθόδους οπτικής μέτρησης για να χαρακτηρίσει τη δομή και το τσιπ του πράσινου LD. (Πληροφορίες άρθρου: Tian, A., Hu, L., Li, X. et al. Σε μεγάλο βαθμό καταστέλλεται η πιθανή ανομοιογένεια και η βελτίωση της απόδοσης των πράσινων διόδων λέιζερ InGaN c-plane. Sci. China Mater. (2021). https:// doi.org/10.1007/s40843-021-1804-x)
(Α) Δομή συσκευής (β) Επιταξιακή δομή
(Γ) Σχηματικό διάγραμμα της κατανομής φωτός της πράσινης LD κάθετα στη διασταύρωση pn
Τα αποτελέσματα χαρακτηρισμού δείχνουν ότι όταν η πυκνότητα ισχύος διέγερσης είναι 7 W cm-2, το πλάτος μισού ύψους φωτοφωταύγειας στα 300 K είναι 108 meV και όταν η πυκνότητα ρεύματος είναι 20 A cm-2, το πλάτος μισού ύψους ηλεκτροφωταύγειας είναι 114 meV. Αυτά Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι η ομοιομορφία της δυναμικής ενέργειας έχει βελτιωθεί σημαντικά. Ταυτόχρονα, η τιμή σ, η οποία χαρακτηρίζει το πλάτος κατανομής της τοπικής κατάστασης που λήφθηκε από τη δοκιμή φωτοφωταύγειας μεταβλητής θερμοκρασίας, και η τιμή Ε0 της κατάστασης ουράς της τοπικής ζώνης εξιτονίου που ελήφθη από τη δοκιμή φωτοφωταύγειας με χρονική ανάλυση, είναι πολύ μικρές, υποδηλώνοντας περαιτέρω ότι η δυναμική ομοιομορφία ενέργειας είναι πολύ υψηλή. Καλός. Λόγω της πολύ βελτιωμένης ομοιομορφίας δυναμικής ενέργειας, έχει επιτευχθεί ένα πράσινο τσιπ LD με απόδοση κλίσης 0,8 W A-1 και οπτική ισχύ εξόδου 1,7 W.
(Α) Φάσμα EL υπό διαφορετικές πυκνότητες ρεύματος (β) ισχύς εξόδου πράσινου LD
Επιπλέον, η ομάδα Liu Jianping ανέφερε επίσης τα ερευνητικά αποτελέσματα των μπλε λέιζερ GaN στο Τέταρτο ακαδημαϊκό συνέδριο Wide Bandgap Semiconductor στις 8 Νοεμβρίου 2021. Με βάση την προηγούμενη εργασία, μέσω της χρήσης τεχνολογίας flip chip και δομής συσκευασίας χαμηλής θερμικής αντίστασης , η οπτική ισχύς εξόδου του μπλε λέιζερ συνεχούς λειτουργίας έχει αυξηθεί σημαντικά. Η θερμική αντίσταση της συσκευασίας είναι 6,7 K/W και η συνεχής οπτική ισχύς εξόδου εργασίας φτάνει τα 7,5 W.
Το διάγραμμα ρεύματος-οπτικής ισχύος-τάσης του μπλε λέιζερ που αναπτύχθηκε από την ομάδα του Liu Jianping' στο Ινστιτούτο Νανοτεχνολογίας Suzhou
Παρατηρήσαμε ότι η πρόσφατη έρευνα για τα λέιζερ με βάση το GaN συνεχίζει να θερμαίνεται και υπάρχουν συνεχείς αναφορές για σχετικές εξελίξεις. Τον Μάρτιο του τρέχοντος έτους, η ομάδα των Kang Junyong και Li Jinchai του Πανεπιστημίου Xiamen και της San'an Optoelectronics πέτυχε καινοτόμα αποτελέσματα σε ένα κοινό τεχνολογικό ερευνητικό έργο. Ο σχεδιασμός και η παραγωγή μπλε λέιζερ InGaN υψηλής ισχύος υπερ-8 watt έχει φτάσει τα διεθνή πρότυπα. Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Optics and Laser Technology
Τον Αύγουστο, η ομάδα του ερευνητή Zhao Degang από το Κρατικό Εργαστήριο Ολοκληρωμένης Οπτοηλεκτρονικής του Ινστιτούτου Ημιαγωγών της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών ανέπτυξε ένα μπλε λέιζερ υψηλής ισχύος με βάση το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN) με συνεχή ισχύ εξόδου έως και 6 W σε θερμοκρασία δωματίου. Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο Journal of Semiconductors (πληροφορίες άρθρου: doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112801).
Η έκρηξη της έρευνας προέρχεται από την ταχεία και σταθερή ανάπτυξη της αγοράς λέιζερ GaN, η οποία έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλούς τομείς όπως η οθόνη, η αποθήκευση, η στρατιωτική, η ιατρική, τα όργανα, η ψυχαγωγία, η λιθογραφία και η εκτύπωση. Ωστόσο, τα λέιζερ GaN είναι δύσκολο να παραχθούν και έχουν μεγάλα τεχνικά εμπόδια. Τα προϊόντα ελέγχονται από πολλές μεγάλες διεθνείς εταιρείες εδώ και πολύ καιρό και είναι γνωστά ως το κόσμημα στο στέμμα. Οι τεχνικές δυσκολίες περιλαμβάνουν κυρίως: υλικά υποστρώματος υψηλής ποιότητας, επιταξιακές δομές υψηλής ποιότητας, ωμικές επαφές υψηλής ποιότητας και διάσπαση ατομικών κρυστάλλων.
Κλίμακα και ταξινόμηση εφαρμογής στην παγκόσμια αγορά λέιζερ
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα υλικό υποστρώματος υψηλής ποιότητας, το υπόστρωμα απαιτείται να είναι ένα υλικό με χαμηλή πυκνότητα ελαττώματος. Σε σύγκριση με άλλες συσκευές GaN, τα λέιζερ με βάση το GaN έχουν τις πιο αυστηρές απαιτήσεις για ποιότητα κρυστάλλου, επειδή η τρέχουσα πυκνότητα των λέιζερ GaN είναι εκατό ή και χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή των συνηθισμένων συσκευών. Επομένως, εάν υπάρχουν ελαττώματα εξαρθρώσεων υψηλής πυκνότητας στο υλικό, θα σχηματιστεί μια διαδρομή διαρροής, η οποία θα οδηγήσει σε γρήγορη αστοχία της συσκευής.
Η συμβατική μέθοδος είναι η επιταξία της δομής του λέιζερ στο μονοκρυσταλλικό υπόστρωμα GaN και στη συνέχεια η προετοιμασία του λέιζερ ημιαγωγών. Επί του παρόντος, η Sumitomo Electric, ο κορυφαίος προμηθευτής μονοκρυσταλλικού υποστρώματος GaN παγκοσμίως', είναι επίσης σημαντικός συνεργάτης της Nichia και έχει τεθεί σε αυστηρό εμπάργκο λόγω της σημαντικής στρατιωτικής χρήσης της.
Ευτυχώς, τα τελευταία χρόνια, μεγάλοι εγχώριοι κατασκευαστές υποστρωμάτων που αντιπροσωπεύονται από τη Suzhou Navitas και την Dongguan Zhonggal έχουν σημειώσει ταχεία πρόοδο στην ανάπτυξη υψηλής ποιότητας μονοκρυσταλλικών υποστρωμάτων GaN. Η πυκνότητα εξάρθρωσης των προϊόντων Navitas έχει φτάσει τα 104cm-2. , Φτάνοντας το προηγμένο επίπεδο του κόσμου', ουσιαστικά λύνοντας το δίλημμα των υλικών υποστρώματος λέιζερ GaN που είναι"κολλημένα" από ξένες χώρες.
Συμπερασματικά
Η Nichia εξακολουθεί να ελέγχει την τρέχουσα αγορά λέιζερ υψηλής ισχύος GaN, ενώ η Sharp και η Osram είναι οι παγκόσμιοι κύριοι προμηθευτές λέιζερ μικρής και μεσαίας ισχύος με βάση το GaN'. Εάν η χώρα μου θέλει να εισέλθει σε αυτή την αγορά, πρέπει να αυξήσει τις επενδύσεις στη μηχανική και την εκβιομηχάνιση και να προσπαθήσει να ξεπεράσει τα προβλήματα και τις δυσκολίες της εκβιομηχάνισης, προκειμένου να σπάσει πλήρως το διεθνές μονοπώλιο και να συνειδητοποιήσει πραγματικά τον εντοπισμό των λέιζερ με βάση το GaN.
