Zieleń godna zazdrości

Azotek galu (GaN) to półprzewodnik krystaliczny, którego wyjątkowe właściwości optoelektroniczne otworzyły drogę do stworzenia zielonych laserów. Udało się już zbudować układy z azotku indowo-galowego (InGaN) działające w przedziale widma odpowiadającemu światłu zielonemu (długości fali od 510 do 570 nm). Pomimo niedawnych postępów nadal bardzo trudno jest tworzyć na bazie InGaN wysokiej jakości diody elektroluminescencyjne (LED) do laserów.

Naukowcy zajęli się podstawami technicznymi obecnych niedociągnięć, korzystając z dofinansowania UE dla projektu SINOPLE. Badacze wykorzystali metodę epitaksji z wiązki molekularnej (MBE) do osadzania aktywnych warstw InGaN o wysokiej zawartości indu na prawie całkowicie wolnych od dyslokacji monokryształach GaN. Metoda MBE nie była wcześniej używana do osadzania warstw z dużą zawartością indu, jaka jest niezbędna w przypadku emiterów zielonego światła. Brakowało też szczegółowych informacji na temat heterostruktur łączących GaN i InGaN o dużej zawartości indu.

Badaczom udało się uzyskać epitaksjalne osadzanie InGaN o zawartości indu do 20% na różnego rodzaju podłożach metodą MBE. Między innymi pomyślnie zastosowano InGaN na tlenku cynku. Przed stworzeniem nowych układów badacze opracowali bardzo czułą metodę określania fluktuacji zawartości indu z wykorzystaniem transmisyjnego mikroskopu elektronowego, uzyskując bezprecedensową dokładność.

Stworzono szereg laserów w zakresie ultrafioletu oraz światła niebieskiego i zielonego. Nowatorski system MBE pozwolił wykonywać wyższej jakości warstwy InGaN, a przy okazji ustanowić rekord dla elektrycznie pompowanych diod laserowych z azotku osadzanego metodą MBE w postaci emisji fal o długości 482 nm.

Badaczom udało się też stworzyć diody laserowe o fali ciągłej o długości fali 450 nm, mocy 60 mW i żywotności przekraczającej 5000 godzin. Wyniki pokazują, że metoda MBE może śmiało konkurować z tradycyjnym osadzaniem związków metaloorganicznych z fazy gazowej (MOCVD). Nowa technika jest przy tym bardziej elastyczna od MOCVD pod względem temperatury przetwarzania i możliwych podłoży.

Projekt SINOPLE przyczynił się znacznego poszerzenia wiedzy na temat wytwarzania laserów z zielonymi diodami LED o większej wydajności, mocy i żywotności. Potencjał zastosowań tych niedostępnych dotychczas źródeł światła spójnego jest ogromny. Już wkrótce możemy się spodziewać zaskakujących nowych produktów w dziedzinach sięgających od wyświetlaczy i telewizorów po biomedycynę.