1. Niebieska Optoelektronika – Wyzwanie dla Polski

Niebieska optoelektronika jest to nowa, gwałtownie rozwijająca się dziedzina elektroniki. Przewidywana wielkość powstającego, światowego rynku urządzeń niebieskiej optoelektroniki osiągnie ok. 100 mld $ w latach 2006 – 2008. Główne zastosowania to: gęsty zapis informacji, tworzenie najwyższej jakości pełnobarwnych obrazów, nowa generacja oszczędnych źródeł światła, liczne zastosowania w medycynie, ochronie środowiska i wojsku.

Dziedzina ta oparta jest o nowy półprzewodnik azotek galu GaN. Jest to materiał niezwykle trudny do uzyskania w formie idealnych kryształów niezbędnych do zastosowań. W Polsce została opracowana i opatentowana wysokociśnieniowa metoda otrzymywania kryształów GaN, dająca materiał o najlepszych na świecie własnościach. Dało to Polsce doskonałą pozycję konkurencyjną i prestiż w tej, tak ważnej, dziedzinie.

Osiągnięcia te doprowadziły do ustanowienia na lata 2000-2004 Strategicznego Programu Rządowego “Rozwój Niebieskiej Optoelektroniki” finansowanego” w 30% ze środków publicznych i w 70% ze środków prywatnych. Program przewiduje uruchomienie w Polsce produkcji przyrządów niebieskiej optoelektroniki, takich jak niebieskie lasery oraz detektory nadfioletu oraz urządzeń je wykorzystujących. W związku z tym ocenia się, że Polska ma szansę zdobycia 1-2% udziału w światowym rynku niebieskiej optoelektroniki tj 1-2 mld $.

2. Niebieski laser

Posiadanie najlepszych kryształów GaN umożliwiło zbudowanie w Polsce niebieskiego lasera półprzewodnikowego w rekordowo krótkim czasie 14 miesięcy. 12 grudnia 2001 roku w CBW PAN zaświecił pierwszy na świecie bezdyslokacyjny półprzewodnikowy laser niebieski.

Rysunek 1. Optyczna emisja lasera dla wzrastającego prądu zasilania. Górny rząd – obraz z kamery video, środkowy – całkowita moc optyczna impulsu, dolny – widmo emisji lasera.

Skonstruowany w CBW PAN laser niebieski jest diodą laserową opartą o strukturę 5 wielostudni kwantowych In_0.09Ga_0.91N/In_0.01Ga_0.99N emitującą światło w zakresie 410-430 nm. Warstwa aktywna optycznie jest umieszczona w falowodzie skonstruowanym z dwu warstw GaN:Si oraz GaN:Mg. Cladding n-typu jest utworzony przez supersieć 120 warstw 25Å/25Å GaN/Al_0.15Ga_0.85N domieszkowanych krzemem. Cladding p-typu zapewnia warstwa Al_0.08Ga_0.92N o grubości 0.36 m m domieszkowana magnezem. Struktura jest przykryta warstwą kontaktową GaN silnie domieszkowanego Mg o grubości 0.1 m m. Dioda jest przyrządem wąsko-paskowym, izolowanym tlenkiem. Grubość paska wynosi 10 m m.



Rysunek 2. Schemat lasera niebieskiego skonstruowanego w CBW PAN.

3. Perspektywy zastosowań

Technologia CBW PAN umożliwiła otrzymanie urządzeń o 100.000 razy mniejszej gęstości szkodliwych defektów struktury krystalicznej – “dyslokacji”, niż w najlepszych urządzeniach otrzymanych w innych technologiach. Dlatego niebieskie lasery otrzymywane w CBW PAN nie zawierają nawet pojedynczych dyslokacji w obszarze aktywnym. Natomiast inne najlepsze niebieskie diody laserowe zawierają średnio około 100 dyslokacji w tym obszarze. Brak dyslokacji w warstwie aktywnej umożliwia otrzymanie laserów średniej i wysokiej mocy oraz zupełnie nowych typów laserów, takich jak lasery polaritonowe i kaskadowe. Natomiast obecność nawet pojedynczej dyslokacji w warstwie aktywnej uniemożliwia pracę zarówno lasera wysokiej mocy jak i laserów kaskadowych i polaritonowych.

Najważniejsze nowe zastosowania laserów wysokiej mocy to projektory laserowe wysokiej jasności, ochrona środowiska, wykrywanie broni biologicznej i chemicznej, laserów kaskadowych – telekomunikacja, laserów polaritonowych – optyczne przetwarzanie informacji i komputery optyczne. Zupełnie nowe medyczne zastosowania ma urządzenie “lab on a chip” pozwalające na błyskawiczną analizę materiałów biologicznych.

Otrzymany w CBW PAN laser otwiera więc szereg nowych możliwości, niedostępnych dla konkurencyjnych laserów zbudowanych na podłożach szafirowych. Rozwój tej technologii doprowadzi w ciągu najbliższej dekady do powstania w Polsce kilkudziesięciu firm high-tech działających w tej dziedzinie.

4. CBW PAN

Centrum Badań Wysokociśnieniowych PAN powstało w 1972r poprzez usamodzielnienie Laboratorium Wysokich Ciśnień Instytutu Fizyki PAN. Program naukowy Centrum został ukształtowany przy współudziale wielu wybitnych uczonych, min. prof. Macieja Grabskiego z Politechniki Warszawskiej, prof. Wiliama Paula z Uniwersytetu Harvarda oraz prof. Leonarda Sosnowskiego z Uniwersytetu Warszawskiego. Podstawową cecha programu było optymalne połączenie badań podstawowych, badań zmierzających do osiągnięcia celów praktycznych oraz rozwój aparatury i metod badawczych w dziedzinie wysokich ciśnień. Celem badań było i jest zastosowanie ekstremalnie wysokich ciśnień do określania własności i tworzenia nowych materiałów. Początkowo podstawowe kierunki badań obejmowały badania półprzewodników, ceramik oraz metali formowanych plastycznie. W latach późniejszych zakres badań rozszerzono poprzez dołączenie badań nanomateriałów oraz materiałów biologicznych pod ciśnieniem. Istotnym częścią działalności była konstrukcja i wytwarzanie aparatury wysokociśnieniowej. W Centrum pracuje obecnie 86 pracowników, w tym około 50 pracowników naukowych.

Rys 3. Aparatura MBE w Budynku Nowych Technologii CBW PAN w Warszawie przy ul. Prymasa Tysiaclecia. Urządzenie było użyte do konstrukcji niebieskiego lasera.

Adres kontaktowy Centrum: 01-142 Warszawa, ul Sokołowska 29/37, tel 632-50-10, fax: 632-42-18, e-mail: sylvek@unipress.waw.pl, http://www.unipress.waw.pl .