Для лазерного чипа с выходной оптической мощностью более 500 мВт это уже лазерный чип высокой мощности. Эффективность преобразования варьируется в зависимости от материала. Например, нынешняя высокая мощность красного света может достигать 50%, а оставшаяся электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию.
Для ЛД малой мощности, таких как мВт, используемые в оптической связи, катастрофа на поверхности резонатора обычно редко рассматривается. Мощные лазерные чипы склонны к катастрофическим повреждениям поверхности полости. Катастрофическим оптическим повреждениям (COD). Оптическое катастрофическое повреждение, также известное как катастрофическое повреждение оптического зеркала (COMD), является видом отказа мощных лазеров.
Обычно мы думаем, что ХПК вызван перегрузкой полупроводникового PN-перехода из-за превышения плотности мощности и поглощения слишком большого количества световой энергии, генерируемой усилением, что в конечном итоге приводит к плавлению и рекристаллизации поверхности полости, а пораженная область будет производить большое количество дефектов решетки, которые разрушат работоспособность устройства. Когда зона поражения достаточно велика, «внешним механизмом ХПК» будем называть почернение поверхности полости, трещины, бороздки и другие явления, наблюдаемые под оптическим микроскопом.
Улучшение способности чипа красного света противостоять COD (катастрофическому повреждению оптического зеркала) может быть достигнуто с помощью различных методов, в основном включая выбор материала, технологию непоглощающих окон и оптимизацию конструкции чипа.
Выбор материала:
Использование высококачественных материалов является основой повышения устойчивости к ХПК. Например, материал AlGaInP показывает хорошие характеристики в красном спектре и может быть использован для изготовления высокоэффективных красных светодиодов.
В чипах Micro LED использование материала нитрида индия-галлия (InGaN) в сочетании с технологией V-образных ямок может эффективно уменьшить сегрегацию компонентов с высоким содержанием In, тем самым улучшая общую производительность чипа.
Непоглощающая оконная технология:
Технология непоглощающих окон — эффективный метод, который позволяет значительно снизить поглощение света лазерными чипами, тем самым подавляя образование ХПК. Например, используя технологию диффузии Zn для формирования непоглощающего окна, можно получить мощный полупроводниковый лазер с длиной волны 660 нм, поглощение света на торцевой поверхности которого снижается, что помогает подавить ХПК.
Оптимизация конструкции чипа:
На этапе проектирования чипа устойчивость к COD можно улучшить за счет оптимизации структуры и параметров. Например, контролируя локализацию носителей, можно значительно уменьшить влияние поверхностной безызлучательной рекомбинации на внутреннюю квантовую эффективность, тем самым улучшив общую производительность чипа.
На этапе эпитаксии материала также можно выполнить оптимизацию, чтобы обеспечить однородность и стабильность материала, тем самым улучшая устойчивость чипа к ХПК.
Другие технические средства:
Важным направлением также является повышение эффективности преобразования лазерных чипов. Для одного лазерного чипа с выходной оптической мощностью более 500 мВт эффективность преобразования может достигать 50%, а оставшаяся электрическая энергия преобразуется в тепловую, что помогает снизить температуру чипа и тем самым улучшить его устойчивость к ХПК.
Таким образом, за счет комплексного использования высококачественных материалов, технологии непоглощающих окон, оптимизации конструкции чипов и других соответствующих технических средств можно эффективно улучшить устойчивость чипов красного света к COD, тем самым улучшая их общую производительность и надежность.
При возникновении ХПК чип будет необратимо поврежден, как правило, с падением оптической мощности более чем на 50% или даже без света. Как улучшить способность чипа противостоять COD? Мы можем приложить усилия на этапе эпитаксии материала, этапе проектирования чипа, этапе обработки чипа и обработке поверхности полости на торцевой поверхности чипа.
Несколько вариантов повышения устойчивости стружки к ХПК:
1. Технология квантовых ям штамма
Квантовые ямы, как наиболее широко используемая активная область полупроводниковых лазеров, имеют внутри квантованные подзоны и ступенчатые плотности состояний, что значительно улучшает пороговую плотность тока и температурную стабильность лазера; изменяя ширину потенциальной ямы и высоту барьера, можно изменить квантованный энергетический интервал и реализовать настраиваемые характеристики лазера. По сравнению с традиционным полупроводниковым лазером с двойным гетеропереходом он может эффективно снизить пороговый ток лазера и улучшить квантовую эффективность и дифференциальный коэффициент усиления. Введение деформации в квантовую яму существенно изменит ее собственную зонную структуру. Регулируя положение тяжелых и легких дырочных зон в валентной зоне, можно увеличить конструктивные параметры и степень свободы эпитаксиальной структуры чипа. Вообще говоря, введение сжимающей деформации в эпитаксиальную структуру с квантовой ямой, состоящую из тройных и четверных материалов III-V, усилит изменение зонной функции, тем самым уменьшая пороговый ток лазера; создавая растягивающую деформацию, она выравнивает функцию энергетической зоны. В определенной степени улучшается прирост материала при работе на большой мощности. Появление напряженных квантовых ям позволяет получить необходимую зонную структуру и увеличить коэффициент усиления за счет регулирования деформации, что делает большой скачок в производительности полупроводниковых лазеров.
2 Технология квантовых ям без алюминия
Безалюминиевые лазеры имеют очевидные преимущества перед алюминийсодержащими лазерами:
1) Материалы, не содержащие алюминия, имеют более высокую плотность мощности COMD, чем материалы, содержащие алюминий. Алюминий в активной области легко окисляется и образует дефекты темных линий, что снижает плотность мощности при возникновении COMD и облегчает создание COMD, тем самым ограничивая мощность и срок службы лазера.
2) В то же время, по сравнению с квантовыми ямами, содержащими алюминий, квантовые ямы без алюминия имеют более низкое сопротивление и более высокую теплопроводность, поэтому скорость поверхностной рекомбинации низкая, повышение температуры поверхности низкое, скорость деградации поверхности полости медленная. Подъем темных линий дефектов замедляется, а скорость внутренней деградации материала замедляется.
3. Структура и метод упаковки чипа: с точки зрения проектирования структуры упаковки устройства выберите материалы с лучшим коэффициентом теплового расширения и теплопроводностью, спроектируйте коэффициент теплового расширения и теплопроводность материалов радиатора по регионам, введите нагрузку на упаковку разных размеров и типы, увеличивают ширину запрещенной зоны и, таким образом, улучшают устойчивость чипа к COD.
Наш адрес
B-1507 Ruiding Mansion, № 200 Zhenhua Rd, район Сиху, 310030, Ханчжоу, Чжэцзян, Китай
Номер телефона
0086 181 5840 0345
Электронная почта
info@brandnew-china.com
