Projekt nr MAZOWSZE/0032/19

Technologia produkcji kluczowych dla rozwoju fotoniki nowatorskich struktur epitaksjalnych oraz przyrządów laserujących VCSEL

Kierownik projektu: Zdrojek Mariusz

Wartość projektu: 1 371 125 PLN

Źródło finansowania: Projekty finansowane przez NCBiR (NCBR) - Ścieżka dla Mazowsza

Czas realizacji: 01.01.2020 - 31.12.2022

Celem projektu jest opracowanie innowacyjnych na poziomie światowym rozwiązań w technologii epitaksji hetero-struktur laserów VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) i QCL (Quantum Cascade Laser) ze związków półprzewodnikowych III-As i III-P. W Polsce, technologia ta na skalę produkcyjną nie jest osiągalna. Wytwarzane struktury (płytki epitaksjalne) przeznaczone będą do sprzedaży na rynku globalnym oraz zostaną wykorzystane do opracowania własnej technologii produkcji nowych i ulepszonych laserów i matryc VCSEL. Firma VIGO System, jako pierwsza instytucja w Polsce, opracuje technologię wytwarzania jedno-modowego lasera z pionową wnęką rezonansową VCSEL, o zoptymalizowanej konstrukcji na skalę światową, cechującą się wysoką mocą i niezawodnością (moc emitowana 2.5mW przy prądzie zasilania 6mA dla optymalnego punktu pracy), wykorzystywanego m.in. w zaawansowanych aplikacjach fotonicznych.

Fotonika to obecnie jeden z najbardziej innowacyjnych i najszybciej rozwijających się obszarów gospodarki, obejmujący m.in. inteligentne systemy detekcji, transfer danych, metrologię, internet rzeczy, Przemysł 4.0, 5G, itp. Współpraca firmy VIGO System SA, wiodącego polskiego producenta przyrządów detekcyjnych, z partnerami akademickimi – Politechniką Łódzką, ekspertem od projektowania i teorii laserów VCSEL, a także Politechniką Warszawską, specjalizującą się w zaawanasowanej charakteryzacji – wpłynie na osiągnięcie poziomu nowości rezultatów projektu na skalę światową. Zostaną opracowane innowacyjne technologie epitaksjalne umożliwiające produkcję i sprzedaż struktur (płytek) epitaksjalnych znacząco ulepszonych oraz o całkowicie nowej konstrukcji pod nowe zastosowania.

Lasery VCSEL, będące przedmiotem badań w ramach projektu, to obecnie najmniejsze stosowane emitery światła koherentnego o wąskim spektrum emisyjnym, małym prądzie progowym, wysokiej szybkości modulacji i stosunkowo prostej technologii wytwarzania matryc. Jednym z kluczowych zagadnień badawczych koniecznych do podjęcia w temacie epitaksji MOCVD struktur laserów VCSEL o precyzyjnej kontroli długości fali emisji jest opanowanie wzrostu obszaru aktywnego ze studniami kwantowymi tworzącego wnękę rezonansową. Ze względu na szerokie, dynamicznie rozwijające się zastosowania laserów VCSEL w systemach transferu danych krótkiego zasięgu, LIDAR-ach, sensorach typu ToF (ang: Time of Flight), autonomicznych samochodach, robotach, dronach, itp. Szybko wzrasta skala ich produkcji szacowana obecnie na poziomie kilku miliardów euro rocznie. W związku z tym, w wielu krajach prowadzi się intensywne prace nad innowacyjnymi rozwiązaniami dotyczącymi technologii wytwarzania materiału i przyrządów, optymalizacji kosztów produkcji oraz sprawności laserów. Optymalizacja obszaru aktywnego wymaga znalezienia korzystnego profilu struktury pasmowej, w celu uzyskania odpowiedniego parametru wzmocnienia, i musi uwzględniać możliwości materiałowe i technologiczne wykonania struktur oraz zastosowania naprężeń w warstwie. Studnie obszaru aktywnego są zbudowane z wielo-składnikowych związków półprzewodnikowych o precyzyjnie dobieranym składzie chemicznym i grubości z rozdzielczością pojedynczej warstwy atomowej.