I det senaste numret av SCIENCE CHINA Materials, Liu Jianping's team från Suzhou Institute of Nanotechnology and Nano-Bionics, publicerade Chinese Academy of Sciences forskningsframstegen om GaN-baserade gröna laserdioder (LD).
Artikeln använder olika optiska mätmetoder för att karakterisera den gröna LD:s struktur och chip. (Artikelinformation: Tian, A., Hu, L., Li, X. et al. Undertryckte kraftigt potentiell inhomogenitet och prestandaförbättring av gröna InGaN-laserdioder i c-plan. Sci. China Mater. (2021). https:// doi.org/10.1007/s40843-021-1804-x)
(A) Anordningsstruktur (b) Epitaxiell struktur
(C) Schematiskt diagram över ljusfördelningen av den gröna LD vinkelrätt mot pn-övergången
Karakteriseringsresultaten visar att när excitationseffekttätheten är 7 W cm-2 är fotoluminescenshalvhöjdsbredden vid 300 K 108 meV, och när strömtätheten är 20 A cm-2 är elektroluminescenshalvhöjdsbredden 114 meV. Dessa Forskningsresultaten visar att likformigheten hos potentiell energi har förbättrats avsevärt. Samtidigt, värdet på σ, som kännetecknar distributionsbredden för det lokala tillståndet som erhålls från fotoluminescenstestet med variabel temperatur, och E0-värdet för svanstillståndet för det lokala excitonbandet som erhålls från det tidsupplösta fotoluminescenstestet, är mycket små, vilket ytterligare indikerar att den potentiella energilikformigheten är mycket hög. Bra. På grund av den kraftigt förbättrade potentiella energilikformigheten har ett grönt LD-chip med en lutningseffektivitet på 0,8 W A-1 och en optisk uteffekt på 1,7 W uppnåtts.
(A) EL-spektrum under olika strömtätheter (b) uteffekt för grön LD
Dessutom rapporterade Liu Jianping-teamet också om forskningsresultaten för GaN blå lasrar vid den fjärde akademiska konferensen för Wide Bandgap Semiconductor den 8 november 2021. Baserat på det tidigare arbetet, genom användning av flip chip-teknologi och förpackningsstruktur med lågt termiskt motstånd , har den optiska uteffekten för den kontinuerligt arbetande blå lasern ökat kraftigt. Paketets termiska resistans är 6,7 K/W, och den kontinuerliga optiska uteffekten når 7,5 W.
Det ström-optiska effekt-spänningsdiagrammet för den blå lasern utvecklat av Liu Jianping's team vid Suzhou Institute of Nanotechnology
Vi har märkt att den senaste tidens forskning om GaN-baserade lasrar fortsätter att värmas upp, och det finns kontinuerliga rapporter om relaterad utveckling. I mars i år uppnådde teamet av Kang Junyong och Li Jinchai från Xiamen University och San'an Optoelectronics genombrottsresultat i ett gemensamt tekniskt forskningsprojekt. Designen och produktionen av ultra-8-watts högeffekts InGaN blå lasrar har nått internationella standarder. Resultaten publicerades i tidskriften Optics and Laser Technology
I augusti utvecklade teamet av forskaren Zhao Degang från State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics vid Institute of Semiconductors vid den kinesiska vetenskapsakademin en galliumnitrid (GaN)-baserad högeffekts blå laser med en kontinuerlig uteffekt på upp till 6 W i rumstemperatur. Resultaten publicerades i Journal of Semiconductors (artikelinformation: doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112801).
Forskningsboomen härrör från den snabba och stadiga tillväxten av GaN-lasermarknaden, som har börjat användas i stor utsträckning inom många områden som display, lagring, militär, medicinsk, instrumentering, underhållning, litografi och tryckning. GaN-lasrar är dock svåra att producera och har stora tekniska barriärer. Produkterna har kontrollerats av flera stora internationella företag under lång tid och är kända som juvelen i kronan. De tekniska svårigheterna inkluderar främst: högkvalitativa substratmaterial, högkvalitativa epitaxiella strukturer, högkvalitativa ohmska kontakter och atomär kristallklyvning.
Global lasermarknadsapplikationsskala och klassificering
Med högkvalitativt substratmaterial som exempel krävs att substratet är ett material med låg defektdensitet. Jämfört med andra GaN-enheter har GaN-baserade lasrar de strängaste kraven på kristallkvalitet, eftersom strömtätheten för GaN-lasrar är hundra eller till och med tusen gånger den för vanliga enheter. Därför, om det finns högdensitetsdefekter av dislokationer i materialet, kommer en läckageväg att bildas, vilket leder till snabbt enhetsfel.
Den konventionella metoden är att epitaxisera laserstrukturen på GaN-enkristallsubstratet och sedan förbereda halvledarlasern. För närvarande är Sumitomo Electric, världens's främsta GaN monokristallina substratleverantör, också en viktig partner till Nichia, och har blivit strikt förbjudet på grund av dess viktiga militära användning.
Lyckligtvis har stora inhemska substrattillverkare representerade av Suzhou Navitas och Dongguan Zhonggal under de senaste åren gjort snabba framsteg i utvecklingen av högkvalitativa GaN-enkristallsubstrat. Dislokationstätheten för Navitas-produkter har nått 104cm-2. , Att nå världens's avancerade nivå, i princip lösa dilemmat med GaN-lasersubstratmaterial som"fast" av främmande länder.
Sammanfattningsvis
Nichia kontrollerar fortfarande den nuvarande GaN-lasermarknaden med hög effekt, medan Sharp och Osram är världens's vanliga leverantörer av små och medelstora GaN-baserade lasrar. Om mitt land vill komma in på denna marknad måste det öka investeringarna i ingenjörskonst och industrialisering, och sträva efter att övervinna problemen och svårigheterna med industrialiseringen, för att helt bryta igenom det internationella monopolet och verkligen förverkliga lokaliseringen av GaN-baserade lasrar.
