Для лазерного чіпа з одиничною вихідною оптичною потужністю понад 500 мВт це вже лазерний чіп високої потужності. Ефективність перетворення залежить від матеріалу. Наприклад, поточна потужність червоного світла може досягати 50%, а решта електричної енергії перетворюється на тепло.
Для малопотужних LD, таких як рівень мВт, що використовується в оптичному зв’язку, катастрофа на поверхні порожнини зазвичай рідко розглядається. Високопотужні лазерні чіпи схильні до катастрофи поверхні порожнини. Катастрофічне оптичне пошкодження, COD. Оптичні катастрофічні пошкодження, також відомі як катастрофічні пошкодження оптичного дзеркала (COMD), є режимом відмови потужних лазерів.
Зазвичай ми вважаємо, що COD спричинений перевантаженням напівпровідникового PN-переходу через перевищення щільності потужності та поглинання занадто великої кількості світлової енергії, створеної підсиленням, що в кінцевому підсумку призводить до плавлення та рекристалізації площі поверхні порожнини, і уражена ділянка вироблятиме велика кількість дефектів решітки, які зруйнують працездатність пристрою. Коли уражена ділянка досить велика, ми будемо називати почорніння поверхні порожнини, тріщини, борозенки та інші явища, які спостерігаються під оптичним мікроскопом, як «зовнішній механізм COD».
Поліпшення здатності чіпа червоного світла протистояти ХПК (катастрофічному пошкодженню оптичного дзеркала) можна досягти за допомогою різноманітних методів, в основному включаючи вибір матеріалу, технологію вікон без поглинання та оптимізацію конструкції чіпа.
Вибір матеріалу:
Використання високоякісних матеріалів є основою для підвищення стійкості до COD. Наприклад, матеріал AlGaInP демонструє хороші характеристики в червоному спектрі і може бути використаний для виготовлення високоефективних червоних світлодіодів.
У чіпах Micro LED використання нітриду індію-галію (InGaN) у поєднанні з технологією V-подібної виїмки може ефективно зменшити поділ компонентів з високим вмістом In, таким чином покращуючи загальну продуктивність чіпа.
Технологія невбираючих вікон:
Технологія непоглинаючих вікон — це ефективний метод, який може значно зменшити поглинання світла лазерними мікросхемами, тим самим пригнічуючи генерацію COD. Наприклад, використовуючи технологію дифузії Zn для формування непоглинаючого вікна, можна створити потужний напівпровідниковий лазер із довжиною довжини 660 нм, поглинання світла на торці якого зменшено, допомагаючи пригнічувати COD.
Оптимізація конструкції мікросхеми:
На етапі проектування чіпа стійкість до COD можна покращити шляхом оптимізації структури та параметрів. Наприклад, контролюючи локалізацію носіїв, вплив поверхневої безвипромінювальної рекомбінації на внутрішню квантову ефективність можна значно зменшити, тим самим покращуючи загальну продуктивність чіпа.
На етапі епітаксії матеріалу можна також виконати оптимізацію, щоб забезпечити однорідність і стабільність матеріалу, тим самим покращуючи стійкість чіпа до COD.
Інші технічні засоби:
Також важливим напрямком є підвищення ефективності перетворення лазерних мікросхем. Для одного лазерного чіпа з вихідною оптичною потужністю понад 500 мВт ефективність перетворення може досягати 50%, а решта електричної енергії перетворюється на теплову енергію, що допомагає знизити температуру чіпа та, таким чином, підвищити його стійкість до COD.
Підводячи підсумок, за допомогою комплексного використання високоякісних матеріалів, технології вікон без поглинання, оптимізації дизайну мікросхеми та інших відповідних технічних засобів можна ефективно підвищити стійкість мікросхем до COD, тим самим підвищивши їх загальну продуктивність і надійність.
Як тільки виникає COD, мікросхема буде незворотно пошкоджена, як правило, зі зниженням оптичної потужності більш ніж на 50% або навіть без світла. Як підвищити здатність чіпа протистояти COD? Ми можемо докласти зусиль на етапі епітаксії матеріалу, етапі проектування чіпа, етапі обробки чіпа та обробки поверхні порожнини торцевої поверхні чіпа.
Кілька варіантів підвищення стійкості стружки до COD:
1 Технологія деформаційних квантових ям
Як найбільш широко використовувана активна область напівпровідникових лазерів, квантові ями демонструють квантовану підзону та густину ступінчастих станів усередині, що значно покращить порогову густину струму та температурну стабільність лазера; змінюючи ширину потенційної ями та висоту бар’єру, він може змінювати квантований енергетичний інтервал і реалізувати регульовані характеристики лазера. У порівнянні з традиційним напівпровідниковим лазером з подвійним гетеропереходом, він може ефективно зменшити пороговий струм лазера та покращити квантову ефективність і диференціальне посилення. Введення деформації в квантову яму істотно змінить її власну енергетичну зонну структуру. Регулюючи положення смуг важких і легких дірок у валентній зоні, параметри конструкції та ступінь свободи епітаксіальної структури чіпа будуть збільшені. Загалом кажучи, введення деформації стиску в епітаксіальну структуру квантової ями, що складається з потрійних і четвертинних матеріалів III-V, посилить зміну зонної функції енергії, тим самим зменшуючи пороговий струм лазера; вводячи деформацію розтягу, це вирівняє енергетичну зонну функцію. Певною мірою покращується посилення матеріалу при роботі на високій потужності. Поява напружених квантових ям дає змогу отримати необхідну енергетичну зонну структуру та збільшити підсилення шляхом регулювання деформації, зробивши великий стрибок у продуктивності напівпровідникових лазерів.
2 Безалюмінієва технологія квантових ям
Безалюмінієві лазери мають очевидні переваги перед алюмінієвмісними:
1) Матеріали, що не містять алюмінію, мають вищу щільність потужності COMD, ніж матеріали, що містять алюміній. Алюміній в активній області легко окислюється та створює дефекти темної лінії, що зменшує щільність потужності, коли виникає COMD, і полегшує створення COMD, таким чином обмежуючи потужність і термін служби лазера.
2) У той же час, порівняно з квантовими ямами, що містять алюміній, квантові ями без алюмінію мають менший опір і вищу теплопровідність, тому швидкість поверхневої рекомбінації низька, підвищення температури поверхні низьке, швидкість деградації поверхні порожнини повільна , підйом дефектів темної лінії гальмується, а внутрішня швидкість деградації матеріалу повільна.
3. Структура та метод упаковки мікросхем: з точки зору дизайну структури упаковки пристрою, виберіть матеріали з кращим коефіцієнтом теплового розширення та теплопровідністю, розробте коефіцієнт теплового розширення та теплопровідність матеріалів тепловідводу за регіонами, введіть напругу упаковки різних розмірів та типів, збільшити ширину забороненої зони, і таким чином підвищити стійкість мікросхеми до COD.
Наша адреса
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District 310030 Hangzhou Zhejiang China
Номер телефону
0086 181 5840 0345
Електронна пошта
info@brandnew-china.com
