Mniejsze zużycie materiałów do produkcji diod laserowych
Fioletowe diody laserowe zbudowane w oparciu o azotek galu (GaN) są stosowane w urządzeniach BluRay. Wkrótce niebieskie i zielone diody oparte o ten półprzewodnik będą stosowane w laserowych projektorach telewizyjnych i kinowych. Dr Marcin Sarzyński z Instytutu Wysokich Ciśnień (IWC PAN) pracuje nad techniką wytwarzania diod, która pozwoli uniknąć dużych strat materiału, który jest obecnie bardzo drogi. Z programu LIDER Narodowego Centrum Badań i Rozwoju uzyskał na badania ponad 990 tys. złotych.
Projekt nosi tytuł „Kształtowanie przestrzenne struktur AlGaInN jako klucz do nowych generacji przyrządów optoelektronicznych”.
– Fioletowe diody laserowe zbudowane w oparciu o azotek galu wytwarzane są na krystalicznych podłożach GaN, których powierzchnia musi być nachylona pod małym, ściśle określonym kątem do płaszczyzn krystalograficznych. Uzyskuje się to przez odpowiednie polerowanie kryształu podłożowego, lecz występują przy tym duże straty materiału, który jest obecnie bardzo drogi. Pracuję nad techniką, która pozwoli uniknąć polerowania całego podłoża i dużych strat materiału – wyjaśnia dr Sarzyński.
Odpowiednie nachylenie powierzchni będzie wykonywane jedynie w niewielkich obszarach podłoża. Poza tym, od kąta nachylenia zależy długość fali (kolor) wytwarzanego przez laser światła. Stwarza to nowe możliwości, takie jak wytworzenie diod laserowych dających światło o dwóch długościach fali jednocześnie. Diody takie mogą posłużyć do produkcji projektorów dających obraz trójwymiarowy.
Skąd pomysł na taką właśnie technikę? Jak wyjaśnia laureat konkursu LIDER, w klasycznej technologii półprzewodników takich jak krzem czy arsenek galu dąży się do tego, aby własności warstw i struktur były jednorodne i stałe na całej powierzchni podłoża. W przypadku azotku galu od początku bardzo liczyły się techniki przestrzennego kształtowania podłoży i struktur. Pierwszą z nich była technika Epitaxial Lateral Overgrowth.
– Różne techniki które będą używane w moim projekcie są wynikiem dyskusji ze współpracownikami z IWC PAN, na temat – w jaki sposób kształtowanie przestrzenne może poprawić własności laserów. Wyniki badań będą wykorzystane przez firmę Top-GaN, spin-off IWC PAN, założoną w 2001 roku – mówi dr Sarzyński.
Wyniki badań są i będą publikowane. Dotychczas ukazały się dwa artykuły w czasopismach specjalistycznych z Listy Filadelfijskiej: jeden w Applied Physics Express, a drugi w Crystal Research and Texhnology. W marcu 2012 powinien ukazać się następny w Proceedings of the SPIE. Naukowiec ma ponadto w swoim dorobku seminarium zaproszone i dwa wystąpienia konferencyjne.
– Podobne badania na pewno są prowadzone, ale wyniki nie są szeroko publikowane. Pewne informacje można znaleźć w patentach. Na 12 artykułów opublikowanych w tej dziedzinie tylko dwa są spoza IWC PAN – zauważa dr Sarzyński.
Fot. Schemat dwupaskowej mini-matrycy laserowej na podłożu o zmiennej dezorientacji. Każdy z pasków może emitować promieniowanie o nieco innej długości fali, dzięki zależności przerwy energetycznej materiału od lokalnego kąta nachylenia podłoża.
