Un verde che fa invidia

Il nitruro di gallio (GaN), un semiconduttore cristallino, ha aperto la porta alla realizzazione di laser verdi grazie alle sue esclusive proprietà optoelettroniche. Il risultato sono i dispositivi a indio GaN (InGaN) che operano nella regione spettrale del verde (lunghezze d’onda comprese tra circa 510 e 570 nm). Tuttavia, nonostante i recenti progressi, i diodi laser e a emissione luminosa (LED) a InGaN di alta qualità sono molto difficili da produrre.

Gli scienziati finanziati dall’UE hanno affrontato la base tecnica per le carenze attraverso il progetto SINOPLE. Il team si è concentrato sull’uso dell’epitassia a fascio molecolare (MBE) per depositare abbondanti strati attivi di InGaN su cristalli singoli di GaN quasi senza dislocazione. Incorporando alti livelli di In, un prerequisito per gli emettitori verdi, non era stato raggiunto in precedenza da MBE e non c’era una conoscenza dettagliata delle eterostrutture InGaN/GaN abbondanti.

I ricercatori hanno raggiunti la crescita epitassiale di InGaN con elevato contenuto (fino al 20 %) su vari substrati mediante MBE. Gli scienziati hanno anche avuto successo sfruttando InGaN sull’ossido di zinco. Sulla strada per lo sviluppo del dispositivo, il team ha inoltre prodotto un metodo altamente sensibile per caratterizzare la fluttuazione interna sulla base della microscopia elettronica a trasmissione con una precisione senza precedenti.

I ricercatori hanno offerto una varietà di laser nelle gamme spettrali di ultravioletti, blu e verdi. Il nuovo sistema MBE ha facilitato la crescita di InGaN di migliore qualità e ha prodotto un registro dei diodi laser al nitruro MBE pompati elettricamente a lunghezze d’onda di 482 nm.

Inoltre, il team ha prodotto diodi laser a onda continua con una lunghezza d’onda di 450 nm, una potenza di 60 mW e una durata superiore a 5 000 h. Il risultato dimostra che MBE può competere con la deposizione di vapore chimico metallorganico tradizionale (MOCVD). Inoltre, la tecnica favorisce la flessibilità nella temperatura di elaborazione e per i substrati che non sono accessibili con MOCVD.

SINOPLE ha notevolmente portato avanti lo stato dell’arte per quanto riguarda la produzione di laser LED verdi con efficienza, potenza e durata maggiori. Il potenziale applicativo è enorme per questa sorgente di luce coerente sfuggente. Dai display informativi ai televisori alla biomedicina, il mondo è sull’orlo di una sorpresa che farà spalancare gli occhi.