U laserového čipu s jedním výstupním optickým výkonem větším než 500 mW se již jedná o vysoce výkonný laserový čip. Účinnost přeměny se liší podle materiálu. Například současný vysoký výkon červeného světla může dosáhnout 50 % a zbývající elektrická energie se přemění na tepelnou energii.
U nízkoenergetických LD, jako je úroveň mW používaná v optických komunikacích, se katastrofa povrchu dutiny obecně zvažuje jen zřídka. Vysoce výkonné laserové čipy jsou náchylné ke katastrofě povrchu dutiny Katastrofické optické poškození, CHSK. Optické katastrofické poškození, známé také jako katastrofické poškození optického zrcadla (COMD), je selháním vysoce výkonných laserů.
Obvykle si myslíme, že CHSK je způsobeno přetížením polovodičového PN přechodu v důsledku překročení hustoty výkonu a pohlcování příliš velkého množství světelné energie generované ziskem, což nakonec vede k roztavení a rekrystalizaci povrchu dutiny a postižená oblast bude produkovat velký počet vad mřížky, které zničí výkon zařízení. Když je postižená oblast dostatečně velká, budeme nazývat zčernání povrchu dutiny, praskliny, rýhy a další jevy pozorované pod optickým mikroskopem jako „externí mechanismus CHSK“.
Zlepšení schopnosti čipu s červeným světlem odolávat COD (katastrofickému poškození optického zrcadla) lze dosáhnout řadou metod, včetně výběru materiálu, technologie neabsorpčního okna a optimalizace návrhu čipu.
Výběr materiálu:
Použití vysoce kvalitních materiálů je základem pro zlepšení odolnosti proti CHSK. Například materiál AlGaInP vykazuje dobrý výkon v červeném spektru a lze jej použít k přípravě vysoce účinných červených LED.
V čipech Micro LED může použití materiálu indium gallium nitrid (InGaN) v kombinaci s technologií jamek ve tvaru písmene V účinně zmírnit segregaci komponent s vysokým In, čímž se zlepší celkový výkon čipu.
Technologie neabsorpčních oken:
Technologie neabsorpčních oken je efektivní metodou, která dokáže výrazně snížit absorpci světla laserových čipů, a tím potlačit generování CHSK. Například pomocí technologie difúze Zn k vytvoření neabsorpčního okna lze připravit vysoce výkonný 660nm polovodičový laser, jehož absorpce světla na koncové ploše je snížena, což pomáhá potlačit CHSK.
Optimalizace designu čipu:
Během fáze návrhu čipu lze odolnost proti CHSK zlepšit optimalizací struktury a parametrů. Například řízením lokalizace nosičů lze výrazně snížit dopad povrchové nezářivé rekombinace na vnitřní kvantovou účinnost, čímž se zlepší celkový výkon čipu.
Ve fázi materiálové epitaxe lze také provést optimalizaci pro zajištění jednotnosti a stability materiálu, čímž se zlepší odolnost čipu proti CHSK.
Další technické prostředky:
Důležitým směrem je také zlepšení účinnosti konverze laserových čipů. U jednoho laserového čipu s výstupním optickým výkonem vyšším než 500 mW může účinnost konverze dosáhnout 50 % a zbývající elektrická energie se přemění na tepelnou energii, což pomáhá snížit teplotu čipu a tím zlepšit jeho odolnost proti CHSK.
Stručně řečeno, komplexním používáním vysoce kvalitních materiálů, technologií neabsorpčních oken, optimalizací návrhu čipu a dalšími souvisejícími technickými prostředky lze účinně zlepšit odolnost čipů proti COD červenému světlu, a tím zlepšit jejich celkový výkon a spolehlivost.
Jakmile dojde k COD, čip bude nevratně poškozen, obvykle s poklesem optického výkonu o více než 50 %, nebo dokonce bez světla. Jak zlepšit schopnost čipu odolávat COD? Můžeme vyvinout úsilí ve fázi epitaxe materiálu, fázi návrhu čipu, fázi zpracování čipu a povrchovou úpravu dutiny čelní plochy čipu.
Několik možností pro zlepšení odolnosti třísek vůči CHSK:
1Napětí technologie kvantové studny
Jako nejrozšířenější aktivní oblast polovodičových laserů vykazují kvantové jámy uvnitř kvantované subpásmové a stupňovité hustoty, což výrazně zlepší prahovou proudovou hustotu a teplotní stabilitu laseru; změnou šířky potenciální studny a výšky bariéry může změnit kvantovaný energetický interval a realizovat laditelné charakteristiky laseru. Ve srovnání s tradičním polovodičovým laserem s dvojitým heteropřechodem může účinně snížit prahový proud laseru a zlepšit kvantovou účinnost a diferenciální zisk. Zavedení napětí do kvantové studny výrazně změní její vlastní strukturu energetického pásu. Úpravou poloh těžkých a lehkých proužků otvorů ve valenčním pásmu se zvýší konstrukční parametry a stupeň volnosti epitaxní struktury čipu. Obecně řečeno, zavedení kompresního napětí do epitaxní struktury kvantové studny složené z III-V ternárních a kvartérních materiálů zesílí změnu funkce energetického pásma, čímž se sníží prahový proud laseru; při zavádění tahového napětí dojde ke zploštění funkce energetického pásma. Do určité míry se zlepší zisk materiálu při práci na vysoký výkon. Vznik napjatých kvantových vrtů umožňuje získat požadovanou strukturu energetického pásma a zvýšit zisk úpravou napětí, což představuje velký skok ve výkonu polovodičových laserů.
2 Technologie kvantové studny bez obsahu hliníku
Lasery bez hliníku mají zjevné výhody oproti laserům obsahujícím hliník:
1) Materiály bez obsahu hliníku mají vyšší hustotu výkonu COMD než materiály obsahující hliník. Hliník v aktivní oblasti snadno oxiduje a vytváří defekty tmavých čar, což snižuje hustotu výkonu při výskytu COMD a usnadňuje výrobu COMD, čímž se omezuje výkon a životnost laseru.
2) Současně ve srovnání s kvantovými jamkami obsahujícími hliník mají kvantové jamky bez hliníku nižší odpor a vyšší tepelnou vodivost, takže rychlost povrchové rekombinace je nízká, nárůst povrchové teploty je nízký, rychlost degradace povrchu dutiny je pomalá je potlačeno stoupání defektů tmavých čar a rychlost vnitřní degradace materiálu je pomalá.
3. Struktura a způsob balení čipu: Z hlediska návrhu struktury obalu zařízení vyberte materiály s lepším koeficientem tepelné roztažnosti a tepelnou vodivostí, navrhněte koeficient tepelné roztažnosti a tepelnou vodivost materiálů chladiče podle regionu, zaveďte namáhání obalů různých velikostí a typů, zvětšit šířku zakázaného pásu, a tím zlepšit odolnost čipu proti CHSK.
Naše adresa
B-1507 Ruiding Mansion, č. 200 Zhenhua Rd, okres Xihu 310030 Hangzhou Zhejiang Čína
Telefonní číslo
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
