Bei einem Laserchip mit einer optischen Einzelausgangsleistung von mehr als 500 mW handelt es sich bereits um einen Hochleistungslaserchip. Die Umwandlungseffizienz variiert je nach Material. Beispielsweise kann die aktuelle hohe Leistung von Rotlicht 50 % erreichen und die verbleibende elektrische Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt.
Bei LDs mit geringer Leistung, wie etwa im mW-Bereich, der in der optischen Kommunikation verwendet wird, wird eine Katastrophe an der Hohlraumoberfläche im Allgemeinen selten in Betracht gezogen. Hochleistungslaserchips sind anfällig für Kavitätsoberflächenkatastrophen, katastrophale optische Schäden, COD. Optische Katastrophenschäden, auch als katastrophale optische Spiegelschäden (COMD) bekannt, sind eine Fehlerart von Hochleistungslasern.
Normalerweise gehen wir davon aus, dass COD dadurch verursacht wird, dass der Halbleiter-PN-Übergang aufgrund einer Überschreitung der Leistungsdichte überlastet wird und zu viel Lichtenergie absorbiert, die durch die Verstärkung erzeugt wird, was schließlich zum Schmelzen und Rekristallisieren der Hohlraumoberfläche führt und der betroffene Bereich erzeugt eine große Anzahl von Gitterdefekten, die die Leistung des Geräts zerstören. Wenn der betroffene Bereich groß genug ist, bezeichnen wir die Schwärzung der Hohlraumoberfläche, Risse, Rillen und andere Phänomene, die unter einem optischen Mikroskop beobachtet werden, als „externen COD-Mechanismus“.
Die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit des Rotlichtchips gegen COD (katastrophale Beschädigung des optischen Spiegels) kann durch eine Vielzahl von Methoden erreicht werden, vor allem durch Materialauswahl, nicht absorbierende Fenstertechnologie und Optimierung des Chipdesigns.
Materialauswahl:
Der Einsatz hochwertiger Materialien ist die Grundlage für die Verbesserung der CSB-Beständigkeit. AlGaInP-Material zeigt beispielsweise eine gute Leistung im roten Spektrum und kann zur Herstellung hocheffizienter roter LEDs verwendet werden.
In Mikro-LED-Chips kann die Verwendung von Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Material in Kombination mit der V-förmigen Pit-Technologie die Entmischung von Komponenten mit hohem In-Gehalt wirksam verhindern und so die Gesamtleistung des Chips verbessern.
Nicht absorbierende Fenstertechnologie:
Die nicht absorbierende Fenstertechnologie ist eine wirksame Methode, die die Lichtabsorption von Laserchips deutlich reduzieren und so die Entstehung von CSB unterdrücken kann. Durch die Verwendung der Technologie der Zn-Diffusion zur Bildung eines nicht absorbierenden Fensters kann beispielsweise ein Hochleistungs-660-nm-Halbleiterlaser hergestellt werden, dessen Lichtabsorption an der Endfläche verringert wird, was zur Unterdrückung von COD beiträgt.
Optimierung des Chipdesigns:
Während der Chip-Designphase kann die CSB-Beständigkeit durch Optimierung der Struktur und Parameter verbessert werden. Durch die Steuerung der Lokalisierung von Trägern kann beispielsweise der Einfluss der nichtstrahlenden Rekombination an der Oberfläche auf die interne Quanteneffizienz erheblich reduziert werden, wodurch die Gesamtleistung des Chips verbessert wird.
In der Phase der Materialepitaxie kann auch eine Optimierung durchgeführt werden, um die Gleichmäßigkeit und Stabilität des Materials sicherzustellen und so die CSB-Beständigkeit des Chips zu verbessern.
Weitere technische Mittel:
Auch die Verbesserung der Umwandlungseffizienz von Laserchips ist eine wichtige Richtung. Bei einem einzelnen Laserchip mit einer optischen Ausgangsleistung von mehr als 500 mW kann der Umwandlungswirkungsgrad 50 % erreichen, und die verbleibende elektrische Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt, was dazu beiträgt, die Temperatur des Chips zu senken und so seine CSB-Beständigkeit zu verbessern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch den umfassenden Einsatz hochwertiger Materialien, nicht absorbierender Fenstertechnologie, Optimierung des Chipdesigns und anderer damit verbundener technischer Mittel die CSB-Beständigkeit von Rotlichtchips effektiv verbessert werden kann, wodurch ihre Gesamtleistung und Zuverlässigkeit verbessert werden.
Sobald COD auftritt, wird der Chip irreversibel beschädigt, was im Allgemeinen zu einem Abfall der optischen Leistung um mehr als 50 % oder sogar zu keinem Licht führt. Wie kann die Widerstandsfähigkeit des Chips gegen CSB verbessert werden? Wir können Anstrengungen in der Phase der Materialepitaxie, der Chip-Designphase, der Chip-Prozessphase und der Oberflächenbehandlung der Chip-Endflächenhohlräume unternehmen.
Mehrere Möglichkeiten zur Verbesserung der Splitterbeständigkeit gegen CSB:
1Strain Quantum Well-Technologie
Quantentöpfe sind der am weitesten verbreitete aktive Bereich von Halbleiterlasern und weisen im Inneren quantisierte Teilband- und Stufenzustandsdichten auf, die die Schwellenstromdichte und die Temperaturstabilität des Lasers erheblich verbessern. Durch Ändern der Potenzialtopfbreite und der Barrierenhöhe kann das quantisierte Energieintervall geändert und die abstimmbaren Eigenschaften des Lasers realisiert werden. Im Vergleich zum herkömmlichen Doppel-Heterojunction-Halbleiterlaser kann er den Schwellenstrom des Lasers effektiv reduzieren und die Quanteneffizienz und Differenzverstärkung verbessern. Das Einbringen von Spannung in den Quantentopf wird seine eigene Energiebandstruktur erheblich verändern. Durch Anpassen der Positionen der schweren und leichten Lochbänder im Valenzband werden die Designparameter und der Freiheitsgrad der Chip-Epitaxiestruktur erhöht. Im Allgemeinen wird die Einführung einer Druckspannung in die aus ternären und quartären III-V-Materialien bestehende Quantentopf-Epitaxiestruktur die Änderung der Energiebandfunktion intensivieren und dadurch den Schwellenstrom des Lasers verringern. Während eine Zugspannung eingeführt wird, wird die Energiebandfunktion abgeflacht. In gewissem Maße wird die Materialverstärkung bei Arbeiten mit hoher Leistung verbessert. Das Aufkommen verspannter Quantentöpfe ermöglicht es, die erforderliche Energiebandstruktur zu erhalten und die Verstärkung durch Anpassung der Verspannung zu erhöhen, was einen großen Leistungssprung bei Halbleiterlasern bedeutet.
2 Aluminiumfreie Quantentopftechnologie
Aluminiumfreie Laser haben gegenüber aluminiumhaltigen Lasern offensichtliche Vorteile:
1) Aluminiumfreie Materialien haben eine höhere COMD-Leistungsdichte als aluminiumhaltige Materialien. Aluminium im aktiven Bereich oxidiert leicht und erzeugt dunkle Liniendefekte, was die Leistungsdichte beim Auftreten von COMD verringert und die Erzeugung von COMD erleichtert, wodurch die Leistung und Lebensdauer des Lasers begrenzt wird.
2) Gleichzeitig weisen aluminiumfreie Quantentöpfe im Vergleich zu aluminiumhaltigen Quantentöpfen einen geringeren Widerstand und eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf, sodass die Oberflächenrekombinationsrate niedrig ist, der Anstieg der Oberflächentemperatur gering ist und die Verschlechterungsrate der Hohlraumoberfläche langsam ist , das Aufsteigen dunkler Liniendefekte wird gehemmt und die interne Abbaurate des Materials ist langsam.
3. Chip-Verpackungsstruktur und -methode: Wählen Sie aus Sicht des Geräteverpackungsstrukturdesigns Materialien mit besserem Wärmeausdehnungskoeffizienten und besserer Wärmeleitfähigkeit aus, entwerfen Sie den Wärmeausdehnungskoeffizienten und die Wärmeleitfähigkeit von Kühlkörpermaterialien nach Regionen, führen Sie Verpackungsspannungen unterschiedlicher Größe ein und Typen erhöhen die Bandlückenbreite und verbessern so die COD-Beständigkeit des Chips.
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