ठाडो गुहा सतह उत्सर्जन लेजर

ठाडो गुहा सतह उत्सर्जन लेजर सेमीकन्डक्टर लेजरको नयाँ पुस्ता हो जुन हालका वर्षहरूमा द्रुत रूपमा विकास भइरहेको छ। तथाकथित "ठाडो गुहा सतह उत्सर्जन" को अर्थ लेजर उत्सर्जन दिशा क्लीभेज प्लेन वा सब्सट्रेट सतहमा लम्ब हुन्छ। यससँग मिल्दोजुल्दो अर्को उत्सर्जन विधिलाई "एज इमिसन" भनिन्छ। परम्परागत अर्धचालक लेजरहरूले किनारा-उत्सर्जक मोड अपनाउँछन्, त्यो हो, लेजर उत्सर्जन दिशा सब्सट्रेट सतहसँग समानान्तर हुन्छ। यस प्रकारको लेजरलाई एज इमिटिङ लेजर (EEL) भनिन्छ। EEL को तुलनामा, VCSEL सँग राम्रो बीम गुणस्तर, एकल-मोड आउटपुट, उच्च मोडुलेशन ब्यान्डविथ, लामो जीवन, सजिलो एकीकरण र परीक्षण, आदि को फाइदाहरू छन्, त्यसैले यो व्यापक रूपमा अप्टिकल संचार, अप्टिकल डिस्प्ले, अप्टिकल सेन्सिङ र अन्यमा प्रयोग भएको छ। क्षेत्रहरू।

अधिक सहज र विशेष रूपमा "ठाडो उत्सर्जन" के हो भनेर बुझ्नको लागि, हामीले पहिले VCSEL को संरचना र संरचना बुझ्न आवश्यक छ। यहाँ हामी ओक्सीकरण-सीमित VCSEL परिचय:

VCSEL को आधारभूत संरचनामा माथिदेखि तल सम्म समावेश छ: P-type ohmic contact electrode, P-type doped DBR, oxide confinement लेयर, बहु-क्वान्टम राम्रो सक्रिय क्षेत्र, N-type doped DBR, सब्सट्रेट र N-प्रकार ओमिक सम्पर्क इलेक्ट्रोड। यहाँ VCSEL संरचना [1] को क्रस-सेक्शनल दृश्य छ। VCSEL को सक्रिय क्षेत्र दुबै छेउमा DBR मिररहरू बीच स्यान्डविच गरिएको छ, जसले सँगै फेब्री-पेरोट रेझोनन्ट गुहा बनाउँछ। अप्टिकल प्रतिक्रिया दुवै पक्षमा DBRs द्वारा प्रदान गरिएको छ। सामान्यतया, DBR को परावर्तकता 100% को नजिक छ, जबकि माथिल्लो DBR को परावर्तन अपेक्षाकृत कम छ। सञ्चालनको क्रममा, वर्तमानलाई सक्रिय क्षेत्रको माथिको अक्साइड तह मार्फत दुबै छेउमा इलेक्ट्रोडहरू मार्फत इन्जेक्ट गरिन्छ, जसले लेजर आउटपुट प्राप्त गर्न सक्रिय क्षेत्रमा उत्तेजित विकिरण बनाउँदछ। लेजरको आउटपुट दिशा सक्रिय क्षेत्रको सतहमा लम्ब हुन्छ, बन्दी तहको सतहबाट जान्छ, र कम-रिफ्लेक्टिभिटी DBR मिररबाट उत्सर्जित हुन्छ।

आधारभूत संरचना बुझेपछि, क्रमशः तथाकथित "ठाडो उत्सर्जन" र "समानान्तर उत्सर्जन" को अर्थ के हो भनेर बुझ्न सजिलो हुन्छ। निम्न चित्रले क्रमशः VCSEL र EEL को प्रकाश उत्सर्जन विधिहरू देखाउँछ [4]। चित्रमा देखाइएको VCSEL तल-उत्सर्जक मोड हो, र त्यहाँ शीर्ष-उत्सर्जक मोडहरू पनि छन्।

अर्धचालक लेजरहरूको लागि, सक्रिय क्षेत्रमा इलेक्ट्रोनहरू इन्जेक्सन गर्नको लागि, सक्रिय क्षेत्र सामान्यतया PN जंक्शनमा राखिन्छ, इलेक्ट्रोनहरू एन तह मार्फत सक्रिय क्षेत्रमा इन्जेक्ट गरिन्छ, र प्वालहरू P तह मार्फत सक्रिय क्षेत्रमा इन्जेक्ट गरिन्छ। उच्च लेसिङ दक्षता प्राप्त गर्न, सक्रिय क्षेत्र सामान्यतया डोप गरिएको छैन। यद्यपि, विकास प्रक्रियाको क्रममा अर्धचालक चिपमा पृष्ठभूमि अशुद्धताहरू छन्, र सक्रिय क्षेत्र एक आदर्श आन्तरिक अर्धचालक होइन। जब इन्जेक्टेड क्यारियरहरू अशुद्धताहरूसँग मिल्छन्, वाहकहरूको जीवनकाल घटाइनेछ, जसको परिणामस्वरूप लेजरको लेजिङ दक्षतामा कमी आउँछ, तर एकै समयमा यसले लेजरको मोड्युलेसन दर बढाउनेछ, त्यसैले कहिलेकाहीँ सक्रिय क्षेत्र हो। जानाजानी डोप गरियो। प्रदर्शन सुनिश्चित गर्दा मोड्युलेसन दर बढाउनुहोस्।

थप रूपमा, हामीले DBR को अघिल्लो परिचयबाट देख्न सक्छौं कि VCSEL को प्रभावकारी गुहाको लम्बाइ सक्रिय क्षेत्रको मोटाई र दुबै छेउमा DBR को प्रवेश गहिराइ हो। VCSEL को सक्रिय क्षेत्र पातलो छ, र अनुनाद गुहा को समग्र लम्बाइ सामान्यतया धेरै माइक्रोन छ। EEL ले किनारा उत्सर्जन प्रयोग गर्दछ, र गुहाको लम्बाइ सामान्यतया धेरै सय माइक्रोन हुन्छ। तसर्थ, VCSEL सँग छोटो गुफाको लम्बाइ छ, लम्बाई मोडहरू बीचको ठूलो दूरी, र राम्रो एकल अनुदैर्ध्य मोड विशेषताहरू छन्। थप रूपमा, VCSEL को सक्रिय क्षेत्रको भोल्युम पनि सानो छ (0.07 घन माइक्रोन, जबकि EEL सामान्यतया 60 क्यूबिक माइक्रोन छ), त्यसैले VCSEL को थ्रेसहोल्ड प्रवाह पनि कम छ। यद्यपि, सक्रिय क्षेत्रको भोल्युम कम गर्नाले रेसोनन्ट गुहालाई संकुचित गर्छ, जसले हानि बढाउनेछ र दोलनको लागि आवश्यक इलेक्ट्रोन घनत्व बढाउँछ। यो अनुनाद गुहा को परावर्तकता वृद्धि गर्न आवश्यक छ, त्यसैले VCSEL उच्च परावर्तकता संग DBR तयार गर्न आवश्यक छ। । यद्यपि, अधिकतम प्रकाश आउटपुटको लागि इष्टतम परावर्तकता छ, जसको मतलब यो होइन कि उच्च परावर्तन, राम्रो। कसरी प्रकाश हानि कम गर्ने र उच्च-रिफ्लेक्टिभिटी मिररहरू तयार गर्ने सधैं प्राविधिक कठिनाइ भएको छ।