In der neuesten Ausgabe von SCIENCE CHINA Materials veröffentlichte das Team von Liu Jianping&vom Suzhou Institute of Nanotechnology and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences den Forschungsfortschritt zu GaN-basierten grünen Laserdioden (LD).
Der Artikel verwendet verschiedene optische Messverfahren, um die Struktur und den Chip der grünen LD zu charakterisieren. (Artikelinformation: Tian, A., Hu, L., Li, X. et al. Stark unterdrückte potentielle Inhomogenität und Leistungsverbesserung von c-plane InGaN green laser diodes. Sci. China Mater. (2021). https:// doi.org/10.1007/s40843-021-1804-x)
(A) Gerätestruktur (b) Epitaxiestruktur
(C) Schematische Darstellung der Lichtverteilung der grünen LD senkrecht zum pn-Übergang
Die Charakterisierungsergebnisse zeigen, dass bei einer Anregungsleistungsdichte von 7 W cm-2 die Halbwertsbreite der Photolumineszenz bei 300 K 108 meV beträgt und bei einer Stromdichte von 20 A cm-2 die Halbwertsbreite der Elektrolumineszenz 114 beträgt meV. Diese Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Gleichmäßigkeit der potentiellen Energie deutlich verbessert wurde. Gleichzeitig der Wert von σ, der die Verteilungsbreite des lokalen Zustands charakterisiert, der aus dem Photolumineszenztest mit variabler Temperatur erhalten wurde, und der E0-Wert des Schwanzzustands der lokalen Exzitonenbande, der aus dem zeitaufgelösten Photolumineszenztest erhalten wurde, sind sehr klein, was weiter darauf hindeutet, dass die Gleichförmigkeit der potentiellen Energie sehr hoch ist. gut. Aufgrund der stark verbesserten Gleichförmigkeit der potentiellen Energie wurde ein grüner LD-Chip mit einer Steilheitseffizienz von 0,8 W A-1 und einer optischen Ausgangsleistung von 1,7 W erreicht.
(A) EL-Spektrum bei unterschiedlichen Stromdichten (b) Ausgangsleistung der grünen LD
Darüber hinaus berichtete das Team von Liu Jianping auf der Fourth Wide Bandgap Semiconductor Academic Conference am 8. November 2021 über die Forschungsergebnisse zu blauen GaN-Lasern. Basierend auf den vorherigen Arbeiten, durch den Einsatz von Flip-Chip-Technologie und Gehäusestruktur mit niedrigem thermischen Widerstand , wurde die optische Ausgangsleistung des kontinuierlich arbeitenden blauen Lasers stark erhöht. Der Wärmewiderstand des Gehäuses beträgt 6,7 K/W und die kontinuierliche optische Ausgangsleistung erreicht 7,5 W.
Das Strom-optische Leistungs-Spannungs-Diagramm des blauen Lasers, entwickelt von Liu Jianping's Team am Suzhou Institute of Nanotechnology
Wir haben festgestellt, dass sich die neuere Forschung zu GaN-basierten Lasern weiter aufheizt, und es wird kontinuierlich über diesbezügliche Entwicklungen berichtet. Im März dieses Jahres erzielte das Team von Kang Junyong und Li Jinchai von der Xiamen University und San'an Optoelectronics in einem gemeinsamen Technologieforschungsprojekt bahnbrechende Ergebnisse. Das Design und die Produktion von Ultra-8-Watt-Hochleistungs-InGaN-Blue-Lasern hat internationale Standards erreicht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Optics and Laser Technology . veröffentlicht
Im August entwickelte das Team um Forscher Zhao Degang vom State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics des Institute of Semiconductors of the Chinese Academy of Sciences einen blauen Hochleistungslaser auf Galliumnitrid (GaN)-Basis mit einer Dauerausgangsleistung von bis zu 6 W bei Raumtemperatur. Die Ergebnisse wurden im Journal of Semiconductors veröffentlicht (Artikelinformation: doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112801).
Der Forschungsboom ist auf das schnelle und stetige Wachstum des GaN-Lasermarktes zurückzuführen, der in vielen Bereichen wie Display, Speicher, Militär, Medizin, Instrumentierung, Unterhaltung, Lithografie und Druck weit verbreitet ist. GaN-Laser sind jedoch schwer herzustellen und haben große technische Hürden. Die Produkte werden seit langem von mehreren großen internationalen Unternehmen kontrolliert und gelten als das Juwel in der Krone. Zu den technischen Schwierigkeiten zählen hauptsächlich: hochwertige Substratmaterialien, hochwertige epitaktische Strukturen, hochwertige ohmsche Kontakte und atomare Kristallspaltung.
Anwendungsskala und -klassifizierung des globalen Lasermarktes
Nimmt man ein hochwertiges Substratmaterial als Beispiel, muss das Substrat ein Material mit einer geringen Defektdichte sein. Im Vergleich zu anderen GaN-Geräten stellen Laser auf GaN-Basis die strengsten Anforderungen an die Kristallqualität, da die Stromdichte von GaN-Lasern das Hundert- oder sogar Tausendfache der von gewöhnlichen Geräten beträgt. Wenn daher Versetzungsdefekte hoher Dichte im Material vorhanden sind, wird ein Leckpfad gebildet, der zu einem schnellen Geräteausfall führt.
Das herkömmliche Verfahren besteht darin, die Laserstruktur auf dem GaN-Einkristallsubstrat zu epitaxieren und dann den Halbleiterlaser vorzubereiten. Gegenwärtig ist Sumitomo Electric, der weltweit führende Lieferant von monokristallinen GaN-Substraten &, ebenfalls ein wichtiger Partner von Nichia und wurde wegen seiner wichtigen militärischen Nutzung mit einem strengen Embargo belegt.
Glücklicherweise haben die großen inländischen Substrathersteller, vertreten durch Suzhou Navitas und Dongguan Zhonggal, in den letzten Jahren schnelle Fortschritte bei der Entwicklung hochwertiger GaN-Einkristallsubstrate gemacht. Die Versetzungsdichte der Navitas-Produkte hat 104 cm-2 erreicht. , Erreichen der Welt's fortgeschrittenes Niveau, im Grunde löst das Dilemma der GaN-Laser-Substratmaterialien, die"stecken" durch fremde Länder.
abschließend
Nichia kontrolliert immer noch den aktuellen Markt für Hochleistungs-GaN-Laser, während Sharp und Osram die weltweit führenden Anbieter von GaN-basierten Lasern mit kleiner und mittlerer Leistung sind. Wenn mein Land in diesen Markt eintreten möchte, muss es die Investitionen in Technik und Industrialisierung erhöhen und sich bemühen, die Probleme und Schwierigkeiten der Industrialisierung zu überwinden, um das internationale Monopol vollständig zu durchbrechen und die Lokalisierung von GaN-basierten Lasern wirklich zu verwirklichen.
