Instytut Wysokich Ciśnień

„Złącza tunelowe i ich zastosowanie dla optoelektroniki opartej o azotek galu”

Projekt jest realizowany w ramach programu TeamTech Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Program TEAM-TECH współfinansowany w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój (PO IR)  oraz Fundację na rzecz Nauki Polskiej. Program ten kierowany jest do zespołów badawczych prowadzonych przez wybitnych uczonych realizujących projekty B+R związanych z powstaniem produktu lub procesem produkcyjnym (technologicznym lub wytwórczym) o dużym znaczeniu dla gospodarki.

Opis Projektu:

Złącza tunelowe i ich zastosowania dla optoelektroniki opartej o azotek galu

Celem projektu jest zbadanie nowej koncepcji złączy tunelowych p-n oraz zastosowań tych złączy do połączeń w konstrukcjach innowacyjnych urządzeń optoelektronicznych opartych o azotek galu (GaN). Przykładowe przyrządy, w których można zastosować wyniki projektu to: przyjazne dla oka wielokolorowe diody elektroluminescencyjne LED, wertykalne diody laserowe, kaskady diod laserowych o wysokiej mocy, nowe wydajne ogniwa fotowoltaiczne czy wertykalne tranzystory n-p-n.

Urządzenia te wytwarzane będą przy pomocy technologii epitaksji z wiązek molekularnych przy użyciu plazmy azotowej. Projekt zakłada współpracę pomiędzy Instytutem Wysokich Ciśnień PAN, Wydziałem Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Wydziałem Fizyki Politechniki Wrocławskiej, Uniwersytetami w Madrycie, w Montpellier oraz z prywatną firmą TopGaN Sp. z. o. o., która jest producentem azotkowych diod laserowych.

Innowacyjny element projektu stanowi taka konstrukcja złącza tunelowego p-n, która sprawia, że rośnie efektywność tunelowania nośników poprzez złącze i tym samym spada znacząco jego opór. W szczególności przełomowym czynnikiem jest wykorzystanie silnych pól elektrycznych, obecnych w związkach krystalizujących w strukturze wurcytu na modyfikację parametrów azotkowych złącz tunelowych.

W ramach niniejszego projektu pragniemy wytworzyć m. in.: krawędziowe diody laserowe na zakres 480-490 nm z tzw. rozłożonym sprzężeniem zwrotnym (DFB – Distributed Feedback), kaskadowe wielokolorowe diody elektroluminescencyjne LED. Sprawdzana będzie również koncepcja zastosowania złączy tunelowych w monolitycznych wertykalnych diodach laserowych o emisji powierzchniowej (VCSELs).

Więcej informacji o Projekcie i badaniach realizowanych w Laboratorium Epitaksji z Wiązek Molekularnych na stronie http://www.unipress.waw.pl/mbe/pl/teamtech

Zespół badawczy:

Zespół badawczy proejktu TeamTECH tworzą eksperci w dziedzinie epitaksji z wiązek molekularnych MBE, fizyki laserów, modelowania teoretycznego, a także processingu laserowego:

• prof. dr hab. Czesław Skierbiszewski – Kierownik Projektu
• dr inż. Grzegorz Muzioł - PostDoc
• mgr inż. Krzesimir Szkudlarek - doktorant
• mgr Maciej Mikosza - doktorant
• mgr Anna Feduniewicz-Żmuda - pracownik naukowo-techniczny
• dr inż. Marcin Siekacz - pracownik naukowo-techniczny
• dr inż. Marta Sawicka - PostDoc wolontariusz
• inż. Mateusz Hajdel - student
• inż. Mikołaj Żak - student
• inż. Mikołaj Chlipała - student
• inż. Julia Sławińska - studentka

Niebieskie lasery MBE ze złączem tunelowym w centrum uwagi czytelników Applied Physics Express

Edytorzy renomowanego czasopisma publikującego najnowsze osiągnięcia fizyki stosowanej - Applied Physics Express - wyróżnili pracę o laserach ze złączem tunelowym autorstwa grupy MBE z Unipressu we współpracy z firmą TopGaN. Jest to dowód uznania, iż raportowane w pracy osiągnięcia są niezwykle interesujące i warto udostępnić ją szerokiemu gronu czytelników. Artykuły wyróżnione w sekcji „Spotlights” mają charakter Open Access.

Dzięki zastosowaniu złącza tunelowego w konstrukcji diody laserowej można ominąć problematyczną technologicznie metalizację do typu p. Dodatkowo, takie rozwiązanie otwiera nowe możliwości w konstrukcji innowacyjnych przyrządów, takich jak kaskady wielu diod laserowych oraz lasery z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym.

Zachęcamy do przeczytania:

“True-blue laser diodes with tunnel junctions grown monolithically by plasma-assisted molecular beam epitaxy” C. Skierbiszewski, G. Muziol, K. Nowakowski-Szkudlarek, H. Turski, M. Siekacz, A. Feduniewicz-Zmuda, A. Nowakowska-Szkudlarek, M. Sawicka, and P. Perlin, Applied Physics Express 11, 034103 (2018).

http://iopscience.iop.org/article/10.7567/APEX.11.034103

Podwójna dioda laserowa ze złączem tunelowym

Zademonstrowana została podwójna dioda laserowa, w której dwa lasery połączone są za pomocą złącza tunelowego. Największą zaletą kaskad diod laserowych jest niezwykle wysoka sprawność różniczkowa. Cała struktura została wytworzona za pomocą techniki epitaksji z wiązek molekularnych z użyciem plazmy azotowej (PAMBE). W pracy zbadano wpływ konstrukcji złącza tunelowego na oporność różniczkową. Pokazano, iż dzięki zastosowaniu silnego domieszkowania i silnych pól piezoelektrycznych można znacząco obniżyć napięcie pracy przyrządu. Laserowanie obserwowane jest na długości fali 459 nm przy sprawności 0.7 W/A, a po przekroczeniu progu laserowania drugiego lasera obserwowane jest też na długości fali 456 nm i podwojonej sprawności 1.4 W/A. Demonstracja podwójnego lasera otwiera możliwości integracji wielu azotkowych diod laserowych emitujących od ultrafioletu do światła widzialnego pracujących w trybie impulsowym. Podobnie atrakcyjną perspektywą jest integracja wielu laserów o tej samej długości fali w celu otrzymania przyrządu emitującego ultra-wysoką moc optyczną.

"Stack of two III-nitride laser diodes interconnected by a tunnel junction" M. Siekacz, G. Muziol, M. Hajdel, M. Żak, K. Nowakowski-Szkudlarek, H. Turski, M. Sawicka, P. Wolny, A. Feduniewicz-Żmuda, S. Stanczyk, J. Moneta, and C. Skierbiszewski, Opt. Express 27, 5784-5791 (2019)

https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-27-4-5784