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面射型激光有哪些特殊工艺与LED区别较大?

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面射型激光有哪些特殊工艺与LED区别较大?

发布日期:2018-12-14 作者: 点击:

激光二极管用波长来分类,运用会有很大的差别,现在可见光激光大部分运用在光贮存光照明与光显示,红外光大部分用在光通信与光感应,为什么光通信大部分运用红外光激光呢?如图六(a)所示,因为光纤在红外波段的衰减最小,尤其是在1550nm波段,而1310nm波段尽管衰减没有1550nm小,可是因为在这个波段色散最小,如图六(b),所以1310nm波长的激光也常常用于中长距离光纤通讯用光源。而红外的850nm与980nm光源也被运用于较短距离的结尾网络系统,因为用量大,要求低,所以也常常用红外LED代替激光。




图六 硅基光纤(SiO2)在不同发射光谱的衰减与色散示意图


色散的界说:光纤的输入端光脉冲信号经过长距离传输今后,在光纤输出端,光脉冲波形发生了时域上的展宽,这种现象即为色散。


因为宽带与大数据系统要求越来越多的数据传输,如图七所示,光通信的发光元器材又能够分类为LED,边射型与面射型激光二极管LD三种,图七为三种发器材的构造与原理,图七(a)的LED除了能够用于照明与显示以外,红外光LED也是早期常用的光通信结尾器材,制作简单与价格比激光廉价是LED的优势。


图七(c)是VCSEL的结构图,VCSEL是垂直共振腔面射型激光(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)的简称,是一种半导体激光,其发光垂直于顶面射出, VCSEL芯片比较边射型激光二极管,工艺比较简单,如图七(b)所示,VCSEL与激光由边缘射出的边射型激光二极管有所不同。


激光真的有这么奇特吗?

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图七 LED,边射型激光LD与面射型激光VCSEL三种发光器材的结构示意图


面射型激光二极管VCSEL与LED工艺很附近,可是两个特别工艺与LED差异较大,一个是DBR反射层构成共振腔镜面的工艺技能,另一个就是约束电流的氧化技能。


>>>DBR反射镜技能


典型的VCSEL结构如图九所示,其发光区由多量子阱组成,发光区上下两头分别由多层四分之一波长厚的凹凸折射率交替的外延资料构成的DBR,相邻层之间的折射率差使每组迭层的Bragg波长附近的反射率到达极高(>99%)的水平,需求制作的高反射率反射镜的对数根据每对层的折射率而定,典型的量子阱数为1至4个,它们被置于共振腔驻波图形的最大处附近,以便获得最大的受激辐射效率而进行来回反射与震荡。出射光方向能够是顶部或衬底,这主要取决于衬底资料对所宣布的激射光是否通明以及上下DBR究竟那一个取值更大一些。




图九 VCSEL的结构示意图


>>>电流约束技能


为了到达比LED更低的功耗,约束VCSEL中的电流,到达低闸值电流,能够到达器材低电流,高效率的目的。


如图十所示,有三种主要的方法来约束VCSEL中的电流,按照其特性分红三种:埋葬地道结VCSEL,离子植入VCSEL和氧化型VCSEL。


图十(a)为第一种结构,埋葬地道结VCSEL因为结构杂乱,并且需求运用分子束外延MBE制作,量产困难,现在仅止于学术研究。在上世纪90年代前期,电子通讯公司较倾向于运用离子植入的VCSEL。如图十(b)所示,通常运用氢离子H+植入VCSEL结构中,除了共振腔以外,其它区域用离子植入破坏共振腔周围的晶格结构,使电流被约束,缺陷是光约束作用欠好。所以上世纪90年代中期今后,这些公司们纷纷进而运用氧化型VCSEL的技能。如图十(c)所示,氧化型VCSEL是使用VCSEL共振腔周围资料的氧化反响来约束电流,因此在氧化型VCSEL中,电流的途径就会被氧化共振腔所约束。



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图十 三种不同的约束VCSEL电流的技能与结构示意图


现在业界干流技能现已大部分转至氧化型VCSEL结构器材,可是也产生了生产上的困难。要将AlAs砷化铝氧化成Al2O3氧化层的氧化率与铝的含量有非常大的联系。只要铝的含量有些微的改变,就会改变其氧化率而导致共振腔的规格会过大或过小于标准规格。


不过这个困难在这次论坛有了让人雀跃的好消息,法国的AET Technology公司规划了一台能够精细控制氧化速率的设备,适用于六寸芯片量产,精细控制氧化进程能够省去过去工程师用试错修正来调试参数,让VCSEL在批量生产良率跨入了一个里程碑。




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