500mW से अधिक की एकल आउटपुट ऑप्टिकल शक्ति वाली लेजर चिप के लिए, यह पहले से ही एक उच्च-शक्ति वाली लेजर चिप है। रूपांतरण दक्षता सामग्री के अनुसार भिन्न होती है। उदाहरण के लिए, लाल बत्ती की वर्तमान उच्च शक्ति 50% तक पहुँच सकती है, और शेष विद्युत ऊर्जा ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
कम-शक्ति वाले एलडी के लिए, जैसे कि ऑप्टिकल संचार में उपयोग किया जाने वाला mW स्तर, कैविटी सतह तबाही पर आमतौर पर शायद ही कभी विचार किया जाता है। उच्च-शक्ति वाले लेजर चिप्स से कैविटी सतह की तबाही, विनाशकारी ऑप्टिकल क्षति, सीओडी का खतरा होता है। ऑप्टिकल कैटास्ट्रॉफिक क्षति, जिसे कैटास्ट्रॉफिक ऑप्टिकल मिरर क्षति (सीओएमडी) के रूप में भी जाना जाता है, उच्च-शक्ति लेजर का विफलता मोड है।
आमतौर पर हम सोचते हैं कि सीओडी अर्धचालक पीएन जंक्शन के कारण होता है जो बिजली घनत्व से अधिक होने और लाभ से उत्पन्न बहुत अधिक प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करने के कारण होता है, जो अंततः गुहा सतह क्षेत्र के पिघलने और पुन: क्रिस्टलीकरण की ओर जाता है, और प्रभावित क्षेत्र उत्पादन करेगा बड़ी संख्या में जाली दोष, जो डिवाइस के प्रदर्शन को नष्ट कर देंगे। जब प्रभावित क्षेत्र काफी बड़ा होता है, तो हम ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत देखी गई गुहा की सतह का काला पड़ना, दरारें, खांचे और अन्य घटनाओं को "बाहरी सीओडी तंत्र" कहेंगे।
सीओडी (विनाशकारी ऑप्टिकल दर्पण क्षति) का विरोध करने के लिए लाल बत्ती चिप की क्षमता में सुधार विभिन्न तरीकों के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, जिसमें मुख्य रूप से सामग्री चयन, गैर-अवशोषण विंडो प्रौद्योगिकी और चिप डिजाइन अनुकूलन शामिल हैं।
सामग्री चयन:
उच्च गुणवत्ता वाली सामग्रियों का उपयोग सीओडी प्रतिरोध में सुधार का आधार है। उदाहरण के लिए, AlGaInP सामग्री लाल स्पेक्ट्रम में अच्छा प्रदर्शन दिखाती है और इसका उपयोग उच्च दक्षता वाली लाल एलईडी तैयार करने के लिए किया जा सकता है।
माइक्रो एलईडी चिप्स में, इंडियम गैलियम नाइट्राइड (InGaN) सामग्री का उपयोग, वी-आकार की पिट तकनीक के साथ मिलकर, उच्च इन घटकों के पृथक्करण को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है, जिससे चिप के समग्र प्रदर्शन में सुधार होता है।
गैर-अवशोषक विंडो प्रौद्योगिकी:
गैर-अवशोषित विंडो तकनीक एक प्रभावी तरीका है जो लेजर चिप्स के प्रकाश अवशोषण को काफी कम कर सकता है, जिससे सीओडी की पीढ़ी को रोका जा सकता है। उदाहरण के लिए, गैर-अवशोषित विंडो बनाने के लिए Zn प्रसार की तकनीक का उपयोग करके, एक उच्च-शक्ति 660nm अर्धचालक लेजर तैयार किया जा सकता है, जिसका अंत-चेहरा प्रकाश अवशोषण कम हो जाता है, जिससे सीओडी को दबाने में मदद मिलती है।
चिप डिज़ाइन अनुकूलन:
चिप डिजाइन चरण के दौरान, संरचना और मापदंडों को अनुकूलित करके सीओडी प्रतिरोध में सुधार किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, वाहकों के स्थानीयकरण को नियंत्रित करके, आंतरिक क्वांटम दक्षता पर सतह गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन के प्रभाव को काफी कम किया जा सकता है, जिससे चिप के समग्र प्रदर्शन में सुधार होगा।
सामग्री एपिटैक्सी चरण में, सामग्री की एकरूपता और स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए अनुकूलन भी किया जा सकता है, जिससे चिप के सीओडी प्रतिरोध में सुधार होता है।
अन्य तकनीकी साधन:
लेजर चिप्स की रूपांतरण दक्षता में सुधार करना भी एक महत्वपूर्ण दिशा है। 500mW से अधिक आउटपुट ऑप्टिकल पावर वाली एकल लेजर चिप के लिए, रूपांतरण दक्षता 50% तक पहुंच सकती है, और शेष विद्युत ऊर्जा को गर्मी ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, जो चिप के तापमान को कम करने में मदद करता है और इस प्रकार इसके सीओडी प्रतिरोध में सुधार करता है।
संक्षेप में, उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री, गैर-अवशोषण विंडो प्रौद्योगिकी, चिप डिजाइन अनुकूलन और अन्य संबंधित तकनीकी साधनों का व्यापक उपयोग करके, लाल बत्ती चिप्स के सीओडी प्रतिरोध को प्रभावी ढंग से सुधारा जा सकता है, जिससे उनके समग्र प्रदर्शन और विश्वसनीयता में सुधार होगा।
एक बार सीओडी होने पर, चिप अपरिवर्तनीय रूप से क्षतिग्रस्त हो जाएगी, आम तौर पर ऑप्टिकल पावर में 50% से अधिक की गिरावट होगी, या यहां तक कि कोई रोशनी भी नहीं होगी। चिप की सीओडी झेलने की क्षमता कैसे सुधारें? हम सामग्री एपिटैक्सी चरण, चिप डिजाइन चरण, चिप प्रक्रिया चरण और चिप अंत चेहरे गुहा सतह उपचार में प्रयास कर सकते हैं।
सीओडी के प्रति चिप प्रतिरोध में सुधार के लिए कई विकल्प:
1स्ट्रेन क्वांटम वेल प्रौद्योगिकी
सेमीकंडक्टर लेजर के सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले सक्रिय क्षेत्र के रूप में, क्वांटम कुएं अंदर मात्रात्मक उप-बैंड और चरण राज्य घनत्व प्रदर्शित करते हैं, जो लेजर की थ्रेशोल्ड वर्तमान घनत्व और तापमान स्थिरता में काफी सुधार करेगा; संभावित कुएं की चौड़ाई और बाधा ऊंचाई को बदलकर, यह मात्राबद्ध ऊर्जा अंतराल को बदल सकता है और लेजर की ट्यून करने योग्य विशेषताओं का एहसास कर सकता है। पारंपरिक डबल हेटेरोजंक्शन सेमीकंडक्टर लेजर की तुलना में, यह लेजर की थ्रेशोल्ड धारा को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है और क्वांटम दक्षता और अंतर लाभ में सुधार कर सकता है। क्वांटम कुएं में तनाव की शुरूआत से इसकी अपनी ऊर्जा बैंड संरचना में महत्वपूर्ण बदलाव आएगा। वैलेंस बैंड में भारी और हल्के छेद बैंड की स्थिति को समायोजित करके, चिप एपिटैक्सियल संरचना के डिजाइन मापदंडों और स्वतंत्रता की डिग्री को बढ़ाया जाएगा। सामान्यतया, III-V टर्नरी और चतुर्धातुक सामग्रियों से बनी क्वांटम वेल एपिटैक्सियल संरचना में कंप्रेसिव स्ट्रेन का परिचय ऊर्जा बैंड फ़ंक्शन के परिवर्तन को तेज करेगा, जिससे लेजर की थ्रेशोल्ड धारा कम हो जाएगी; तन्यता तनाव का परिचय देते समय, यह ऊर्जा बैंड फ़ंक्शन को समतल कर देगा। कुछ हद तक, उच्च शक्ति पर काम करने पर सामग्री का लाभ बेहतर होता है। तनावपूर्ण क्वांटम कुओं के उद्भव से आवश्यक ऊर्जा बैंड संरचना प्राप्त करना और तनाव को समायोजित करके लाभ बढ़ाना संभव हो जाता है, जिससे अर्धचालक लेजर के प्रदर्शन में एक बड़ी छलांग लगती है।
2 एल्यूमिनियम मुक्त क्वांटम वेल प्रौद्योगिकी
एल्युमीनियम मुक्त लेज़रों के एल्युमीनियम युक्त लेज़रों की तुलना में स्पष्ट लाभ हैं:
1) एल्युमीनियम मुक्त सामग्रियों में एल्युमीनियम युक्त सामग्रियों की तुलना में अधिक COMD पावर घनत्व होता है। सक्रिय क्षेत्र में एल्युमीनियम आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है और डार्क लाइन दोष पैदा करता है, जिससे COMD होने पर पावर घनत्व कम हो जाता है और COMD का उत्पादन करना आसान हो जाता है, जिससे लेजर की शक्ति और जीवन सीमित हो जाता है।
2) साथ ही, एल्यूमीनियम युक्त क्वांटम कुओं की तुलना में, एल्यूमीनियम मुक्त क्वांटम कुओं में कम प्रतिरोध और उच्च तापीय चालकता होती है, इसलिए सतह पुनर्संयोजन दर कम होती है, सतह के तापमान में वृद्धि कम होती है, गुहा सतह क्षरण दर धीमी होती है , डार्क लाइन दोषों का चढ़ना बाधित होता है, और सामग्री की आंतरिक गिरावट की दर धीमी होती है।
3. चिप पैकेजिंग संरचना और विधि: डिवाइस पैकेजिंग संरचना डिजाइन के परिप्रेक्ष्य से, बेहतर तापीय विस्तार गुणांक और तापीय चालकता वाली सामग्रियों का चयन करें, क्षेत्र के अनुसार हीट सिंक सामग्री के तापीय विस्तार गुणांक और तापीय चालकता को डिजाइन करें, विभिन्न आकारों के पैकेजिंग तनाव का परिचय दें और प्रकार, बैंड गैप की चौड़ाई बढ़ाते हैं, और इस प्रकार चिप के सीओडी प्रतिरोध में सुधार करते हैं।
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