Dans le dernier numéro de SCIENCE CHINA Materials, l’équipe de Liu Jianping de l’Institut de nanotechnologie et de nano-bionique de Suzhou, Académie chinoise des sciences, a publié les progrès de la recherche sur les diodes laser vertes (LD) à base de GaN.
L’article utilise diverses méthodes de mesure optique pour caractériser la structure et la puce de la LD verte. (Informations sur l’article: Tian, A., Hu, L., Li, X. et al. Grandement supprimé l’inhomogénéité potentielle et l’amélioration des performances des diodes laser vertes InGaN du plan C. Sci. Chine Mater. (2021). https:// doi.org/10.1007/s40843-021-1804-x)
(A) Structure du dispositif (b) Structure épitaxiale
(C) Schéma de la distribution lumineuse de la LD verte perpendiculaire à la jonction p-n
Les résultats de la caractérisation montrent que lorsque la densité de puissance d’excitation est de 7 W cm-2, la largeur de demi-hauteur de photoluminescence à 300 K est de 108 meV, et lorsque la densité de courant est de 20 A cm-2, la largeur de demi-hauteur d’électroluminescence est de 114 meV. Les résultats de la recherche montrent que l’uniformité de l’énergie potentielle a été considérablement améliorée. Dans le même temps, la valeur de σ, qui caractérise la largeur de distribution de l’état local obtenue à partir de l’essai de photoluminescence à température variable, et la valeur E0 de l’état de la queue de la bande locale d’excitons obtenue à partir de l’essai de photoluminescence résolue dans le temps, sont très faibles, ce qui indique en outre que l’uniformité de l’énergie potentielle est très élevée. bon. En raison de l’uniformité énergétique potentielle grandement améliorée, une puce LD verte avec une efficacité de pente de 0,8 W A-1 et une puissance optique de sortie de 1,7 W a été obtenue.
(A) Spectre EL sous différentes densités de courant (b) puissance de sortie de la LD verte
En outre, l’équipe de Liu Jianping a également rendu compte des résultats de recherche des lasers bleus GaN lors de la quatrième conférence académique sur les semi-conducteurs à large bande interdite le 8 novembre 2021. Sur la base des travaux précédents, grâce à l’utilisation de la technologie flip chip et de la structure d’emballage à faible résistance thermique, la puissance de sortie optique du laser bleu fonctionnant en continu a été considérablement augmentée. La résistance thermique du boîtier est de 6,7 K/W et la puissance optique de sortie de travail continue atteint 7,5 W.
Le diagramme courant-puissance-tension optique du laser bleu développé par l’équipe de Liu Jianping à l’Institut de nanotechnologie de Suzhou
Nous avons remarqué que les recherches récentes sur les lasers à base de GaN continuent de chauffer, et il y a des rapports continus sur les développements connexes. En mars de cette année, l’équipe de Kang Junyong et Li Jinchai de l’Université de Xiamen et de San’an Optoelectronics a obtenu des résultats révolutionnaires dans le cadre d’un projet de recherche technologique conjoint. La conception et la production de lasers bleus InGaN ultra-puissants de 8 watts ont atteint les normes internationales. Les résultats ont été publiés dans la revue Optics and Laser Technology
En août, l’équipe du chercheur Zhao Degang du State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics de l’Institut des semi-conducteurs de l’Académie chinoise des sciences a mis au point un laser bleu haute puissance à base de nitrure de gallium (GaN) avec une puissance de sortie continue allant jusqu’à 6 W à température ambiante. Les résultats ont été publiés dans le Journal of Semiconductors (article information: doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112801).
Le boom de la recherche découle de la croissance rapide et régulière du marché du laser GaN, qui a commencé à être largement utilisé dans de nombreux domaines tels que l’affichage, le stockage, l’armée, le médical, l’instrumentation, le divertissement, la lithographie et l’impression. Cependant, les lasers GaN sont difficiles à produire et présentent de grandes barrières techniques. Les produits sont contrôlés par plusieurs grandes entreprises internationales depuis longtemps et sont connus comme le joyau de la couronne. Les difficultés techniques comprennent principalement: des matériaux de substrat de haute qualité, des structures épitaxiales de haute qualité, des contacts ohmiques de haute qualité et un clivage cristallin atomique.
Échelle et classification des applications du marché mondial du laser
En prenant un matériau de substrat de haute qualité comme exemple, le substrat doit être un matériau avec une faible densité de défauts. Comparés à d’autres appareils GaN, les lasers à base de GaN ont les exigences les plus strictes en matière de qualité des cristaux, car la densité de courant des lasers GaN est cent, voire mille fois supérieure à celle des appareils ordinaires. Par conséquent, s’il y a des défauts de haute densité de dislocations dans le matériau, un chemin de fuite sera formé, conduisant à une défaillance rapide de l’appareil.
La méthode conventionnelle consiste à épitaxier la structure laser sur le substrat monocristallin GaN, puis à préparer le laser semi-conducteur. À l’heure actuelle, Sumitomo Electric, le premier fournisseur mondial de substrats monocristallins GaN, est également un partenaire important de Nichia et a été strictement sous embargo en raison de son importante utilisation militaire.
Heureusement, ces dernières années, les principaux fabricants nationaux de substrats représentés par Suzhou Navitas et Dongguan Zhonggal ont fait des progrès rapides dans le développement de substrats monocristallins GaN de haute qualité. La densité de luxation des produits Navitas a atteint 104cm-2. , Atteindre le niveau avancé mondial, résolvant essentiellement le dilemme des matériaux de substrat laser GaN étant « coincés » par des pays étrangers.
en conclusion
Nichia contrôle toujours le marché actuel des lasers GaN de haute puissance, tandis que Sharp et Osram sont les principaux fournisseurs mondiaux de lasers à base de GaN de petite et moyenne puissance. Si mon pays veut entrer sur ce marché, il doit augmenter les investissements dans l’ingénierie et l’industrialisation, et s’efforcer de surmonter les problèmes et les difficultés de l’industrialisation, afin de briser complètement le monopole international et de réaliser véritablement la localisation des lasers à base de GaN.
