Zwiększenie wydajności niebieskich i niebiesko-fioletowych diod laserowych opartych na azotku galu przez inżynierię kontaktów omowych między azotkami i tlenkami (OxyGaN)

Tytuł projektu

Nazwa Beneficjenta/Beneficjentów

Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki (koordynator),
Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk,
TOP-GAN sp. z o.o.,
Technion (Izrael),
Instytut Fizyki Technicznej i Inżynierii Materiałowej Centrum Badań nad Energią HUN-REN (Węgry)

Nazwa programu

Programy międzynarodowe

Konkurs

m-era.net 2019

Wartość projektu

509 000,00 EUR - w tym polska część: 1 290 658,00 PLN

Wartość dofinansowania

489 000,00 EUR - w tym polska część: 1 204 900,00 PLN

Okres realizacji projektu

od 1.06.2020 r. do 31.09.2023 r.

Zobacz efekt naszej pracy

Jaki problem rozwiązuje nasz projekt?

Celem projektu OxyGaN była poprawa wydajności diod laserowych (DL) opartych o azotek galu (GaN), które emitują światło niebieskie i niebiesko-fioletowe. Ponieważ DL działają przy wysokiej gęstości prądu, głównym wyzwaniem jest osiągnięcie niskiej rezystancji i stabilności termicznej kontaktów omowych, które są łącznikiem komunikacyjnym między aktywnym obszarem LD a obwodem zewnętrznym. Zainspirowani podobieństwem między GaN i ZnO pod względem struktury krystalicznej, właściwości optycznych i stabilności termicznej, opracowaliśmy nowy rodzaj kontaktów omowych wykorzystujących przezroczysty przewodzący tlenek cynku z domieszką aluminium (AZO).

Metalizacje kontaktów stosowane obecnie w DL nie zapewniają stabilności długoczasowej oraz generują straty optyczne. Zastosowanie kontaktów tlenkowych opracowanych w ramach projektu umożliwiło zmniejszenie degradacji przyrządów po 100 ciągłej godzinach pracy DL przy stabilizowanej mocy optycznej, w porównaniu do degradacji przy standardowych kontaktów metalicznych. Zastosowanie nowego typu kontaktów z AZO do obu stron struktury DL pozwoliło na wykorzystanie jednego taniego materiału do wytworzenia przyrządu o lepszych parametrach użytkowych, jednocześnie zastępując dotychczas stosowane metalizacje kontaktowe.

Ponadto obecnie najczęściej stosowanym przezroczystym tlenkiem przewodzącym jest tlenek indowo-cynowy (ITO) wykorzystujący rzadko występujący ind. Opracowanie funkcjonalnej technologii, która nie wykorzystuje indu, a jedynie AZO, zawierający powszechnie występujące na Ziemi pierwiastki, jest ważnym krokiem w kierunku osiągnięcia zrównoważonego rozwoju.

Kto skorzysta z wyników projektu?

Opracowana w projekcie technologia stabilnych i przezroczystych kontaktów umożliwi zrównoważone zasobowo, bardziej energooszczędne diody laserowe dla przemysłu motoryzacyjnego, wyświetlania, spawania i wzorcowania przy obniżonych kosztach. Technologia kontaktów może znaleźć zastosowanie nie tylko w optoelektronice, ale również w przyrządach elektronicznych wysokiej mocy opartych na GaN. Nowe wyniki projektu dotyczące wytworzonej wiedzy, rozpowszechnione w formie publikacji w recenzowanych czasopismach, przyczynią się do rozwoju technologii kontaktów do przyrządów optoelektronicznych i elektronicznych na bazie GaN.

Opracowana technologia wytwarzania cienkich przewodzących warstw AZO może znaleźć zastosowanie w przezroczystych wyświetlaczach, filtrach podczerwieni czy przezroczystych grzałkach do szyb.

Co było dla nas największym wyzwaniem w realizacji projektu?

Ambitny charakter projektu i trudność prowadzonych prac, związanych zarówno z wyzwaniami naukowymi jak i wysokim poziomem technologicznym koniecznym do uzyskania działających diod laserowych, często wymagały zwiększonych nakładów sił w stosunku do planowanych. W rezultacie dużym wyzwaniem było publikowanie na bieżąco ważnych naukowo wyników projektu w recenzowanych czasopismach.