| Tytuł: | Diody laserowe i mikro LED na bazie AlInGaN o obszarach aktywnych w kształcie mikrotaśm i mikrodysków wytworzonych na strukturyzowanym podłożu |
| Kierownik projektu: | Anna Kafar |
| Laboratorium: | Laboratorium Przyrządów Optoelektronicznych (NL-15) |
| Nazwa konkursu, programu: | OPUS |
| Numer projektu: | 2021/43/B/ST7/03162 |
| Data realizacji: | 04.07.2022 03.07.2025 |
| Podmiot realizujący: | Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk |
| Typ realizacji projektu: | Projekt realizowany wspólnie z Wydziałem Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego oraz Politechniką Łódzką |
| Przyznane środki ogółem: | 1 830 240 zł |
| Przyznane środki dla podmiotu: | 1 830 240 zł |
| Instytucja finansująca: | Narodowe Centrum Nauki |
Opis projektu
| Emitery półprzewodnikowe III-N są sercem wielu systemów optoelektronicznych, które mają kluczowe znaczenie w XXI wieku stulecia, takie jak żarówki LED, wyświetlacze mikro-LED, reflektory samochodowe z diodami laserowymi itp. System materiałów III-N oferuje unikalna możliwość wytwarzania emiterów w wyjątkowo szerokim zakresie widma – w zasadzie od UV do podczerwieni. Jednakże ten zakres widmowy jest ograniczony głównie przez duże odkształcenie w warstwach epitaksjalnych AlGaInN urządzenia, co prowadzi do zagadnień takich jak powstawanie defektów, pęknięcia w materiale czy przestrzenna segregacja indu w warstwach InGaN (wykorzystywanych jako studnie kwantowe dla większości zakresu widmowego). Projekt ten bada rozwój pasków i krążków mikronowych i submikronowych w celu uzyskania obszarów o wysokiej zawartości indu InGaN w obszarze aktywnym azotkowych diod laserowych i mikro-LED. Pomysł opiera się na wykonaniu dedykowanego wzoru na powierzchnia podłoża, która składa się z gęsto upakowanych półcylindrów lub półkul. Wzór uzyskuje się poprzez fotolitografia z wykorzystaniem fotorezystu pozytywowego, następnie kształty przenoszone są na podłoże metodą suchego trawienia. W rezultacie powierzchnia jest pofałdowana o cechach porównywalnej wysokości i szerokości od 3 μm do 500 nm lub nawet mniejszych. Wzrost epitaksjalny na wytrawionym podłożu GaN dodatkowo modyfikuje kształt wytrawionej cechy. Według naszych doświadczenie nawet po krótkim wzroście, płaszczyzna c (0001) rozszerza się od szczytu półcylindrów lub półkul tworząc płaską powierzchnię. Epitaksjalny wzrost obszaru aktywnego na tak zmodyfikowanych podłożach prowadzi do powstania wysokich obszary zawartości indu dające jasno świecące paski (w przypadku wzorów półcylindrycznych) lub dyski (w przypadku półkul) na górze struktur. Na ściance bocznej zawartość indu jest znacznie zmniejszona, co daje znacznie słabszą emisję przy krótszym czasie długość fali. Pomiędzy wytrawionymi cechami intensywność emisji jest jeszcze niższa. Boczną zmianę emisji przypisujemy kilku czynnikom. Po pierwsze, ściany boczne działają odciążająco zwiększa zawartość indu w warstwach InGaN wyhodowanych na wierzchu obszaru paska lub krążka. Po drugie, (0001) orientacja krystalograficzna sprzyja dużej zawartości indu, w przeciwieństwie do ścianek bocznych. Po trzecie, jak widać na W literaturze adatomy indu mogą migrować podczas wzrostu ze ścian bocznych na płaską górę, co również zwiększa włączenie indu. Proponowany obszar aktywny paska lub dysku ma dalsze zalety w działaniu urządzenia. Boczna zmiana indu skład zmienia pasmo wzbronione energii, lokalizując nośne w wyznaczonym obszarze i zmniejszając wyciek nośnych, zwiększenie wydajności urządzenia. Boczna zmiana zawartości indu podczas wytwarzania warstw falowodu (mniejsza zawartość indu przy większej dezorientacji), powinna dodatkowo zwiększyć boczny efektywny współczynnik załamania światła kontrast prowadzący do lepszych właściwości falowodowych struktur laserowych. Główne zadania badawcze poświęcone są eksploracji pełnego potencjału proponowanego podejścia do wzrostu na tekturze falistej powierzchnie, w tym: 1. Optymalizacja fotolitografii i modelowania powierzchni metodą suchego trawienia, w tym trawienie na mokro w celu poprawy jakość powierzchni. 2. Optymalizacja warunków wzrostu epitaksjalnego w celu poprawy jakości materiału i rozszerzenia długości fali emisji zakres powyżej zielonego. 3. Wytwarzanie mikro-LED przy użyciu zoptymalizowanego obszaru aktywnego mikrodysku. 4. Wytwarzanie diod laserowych przy użyciu zoptymalizowanych mikro lub submikrowstęg jako obszaru aktywnego. |