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厦大联合三安技术攻关取得突破性成果,大功率InGaN蓝光激光管即将摆脱进口依赖

近日,厦门大学康俊勇、李金钗团队与三安光电联合技术攻关项目取得突破性成果,超8瓦大功率InGaN蓝光激光器设计和制作已达到国际水准,并且对国内大功率InGaN蓝光激的发展具有重要的实践支持意义。

该项研究成果论文:《Design and Fabrication of High Power InGaN Blue Laser Diode over 8 W》已被国际知名SCI期刊Optics and Laser Technology收录。

据了解,自从上实际九十年代末日亚制造出氮化物蓝光激光器后,各国科学家和工程师投入了大量的人力物力,以期GaN基蓝光激光器光功率密度赶上GaAs基红光激光器。由于氮化物半导体禁带宽度宽、缺陷控制难等特点,制约了载流子(尤其是空穴)浓度的提高,大功率激光器所需要的粒子数反转条件;氮化物半导体中极化电场强,量子阱有源层中的量子限制斯塔克效应(QCSE)随着注入电流密度而变化,不同阱发射的光波长差异大,限制了电激射增益的提高;大功率蓝光激光器发射的光子能量高,传统光学谐振腔的分布式布拉格反射器材料结构在高功率密度蓝光照射下容易变质。

因此,大功率InGaN蓝光激光器的研发进展缓慢。目前有关于蓝色激光器的报道都仅为3A电流下4~5W光功率输出,大功率InGaN蓝光激光器的研发进展远落后于人们的需求。Nichia和Osram等公司虽然也实现了大功率InGaN蓝光激光器,相关关键技术和关键工艺制作仍然处于保密状态。我国相关的企业开发了激光显示产品,然而关键的器件大功率蓝光激光器等仍然受限于国外产品。

记者从研究团队负责人了解到,该研究针对大功率蓝光激光器的关键科学问题和技术难点,开展了系统的研发,取得了多方面的技术成果。一是通过模拟分析不同量子阱结构有源层中电子与空穴分布、迁移率、辐射复合等特性,掌握量子阱结构与载流子注入、辐射效率的内在关系,提出了有源层中电子与空穴匹配是实现粒子数反转条件的关键思路。设计了非对称量子阱结构,补偿极化场和注入电流密度差异的辐射复合波长效应;通过优化量子阱数量,设计了同时匹配注入电子与空穴的双量子阱有源层,即避免单量子阱注入电子与空穴冗余不足问题,又减少大电流注入时的载流子溢出。

二是采用分选生长单体的单分子层生长的MOVPE技术,在GaN单晶衬底上外延蓝光激光器结构,尤其是Mg掺杂p型结构层和量子结构有源层。即降低了位错等缺陷的密度,又精确控制了非对称量子阱结构,提高了空穴注入效率和两量子阱中载流子复合辐射波长的一致性。

三是针对蓝光高、低折射率材料,筛选并优化了Al2O3作为与GaN更匹配的首层腔面材料,并与Ta2O5共同构建分布式布拉格反射器。发展了近原子层沉积的电子回旋共振技术,制备出的分布式布拉格反射器中Al2O3和Ta2O5高结晶质量,界面陡峭,将谐振腔抗光学灾变损伤阈值提高至接近26.8 MW/cm2。基于上述研发,制作出输出光功率高达8.04 W、波长为444.9 nm的蓝光激光器,达国际同类技术的领先水平。

上述项目负责人表示:“此次厦门大学联合三安光电技术攻关取得的突破,标志着我国大功率InGaN蓝光激光管即将摆脱对进口产品的依赖;同时,确认了研究思路和技术路线的可行性;为业界提供了具体的制备工艺。”

研发团队负责人还向记者透露:“接下来将开展蓝光InGaN激光器可靠性研究,尽快落地形成产品,以便实际使用于激光投影等;同时也搭配结合荧光陶瓷的使用,研究白光激光的效果,后续用于激光照明等。进一步将把相关的技术应用于大功率绿光激光器,全面摆脱对进口产品的依赖。”

附件:论文全文下载查看链接

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