ทางเลือกของแหล่งกำเนิดเลเซอร์ในอุดมคติ: เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบ ตอนที่ 1

ทางเลือกในอุดมคติแหล่งกำเนิดเลเซอร์: เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบ
1. บทนำ
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ชิปแบ่งออกเป็นชิปเลเซอร์เปล่งแสงที่ขอบ (EEL) และชิปเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวช่องแนวตั้ง (VCSEL) ตามกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันของเครื่องสะท้อนเสียง และความแตกต่างของโครงสร้างเฉพาะจะแสดงในรูปที่ 1 เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวช่องแนวตั้ง ขอบ การพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เปล่งแสงมีความเป็นผู้ใหญ่มากขึ้นโดยมีช่วงความยาวคลื่นกว้างสูงไฟฟ้าแสงประสิทธิภาพการแปลง พลังงานขนาดใหญ่ และข้อดีอื่น ๆ เหมาะมากสำหรับการประมวลผลด้วยเลเซอร์ การสื่อสารด้วยแสง และสาขาอื่น ๆ ปัจจุบัน เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งแสงที่ขอบเป็นส่วนสำคัญของอุตสาหกรรมออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และการใช้งานของเลเซอร์เหล่านี้ครอบคลุมทั้งอุตสาหกรรม โทรคมนาคม วิทยาศาสตร์ ผู้บริโภค การทหาร และการบินและอวกาศ ด้วยการพัฒนาและความก้าวหน้าของเทคโนโลยี กำลัง ความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งแสงที่ขอบได้รับการปรับปรุงอย่างมาก และโอกาสในการประยุกต์ใช้งานก็กว้างขวางมากขึ้นเรื่อยๆ
ต่อไป ผมจะพาคุณไปชื่นชมเสน่ห์อันเป็นเอกลักษณ์ของการปล่อยแสงด้านข้างให้มากขึ้นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์.

รูปที่ 1 (ซ้าย) เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เปล่งแสงด้านข้างและ (ขวา) แผนภาพโครงสร้างเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวช่องแนวตั้ง

2. หลักการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบเลเซอร์
โครงสร้างของเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ที่เปล่งขอบสามารถแบ่งออกเป็นสามส่วนต่อไปนี้: บริเวณที่ใช้งานของเซมิคอนดักเตอร์ แหล่งกำเนิดปั๊ม และเครื่องสะท้อนแสง แตกต่างจากตัวสะท้อนของเลเซอร์เปล่งแสงที่พื้นผิวโพรงแนวตั้ง (ซึ่งประกอบด้วยกระจก Bragg ด้านบนและด้านล่าง) ตัวสะท้อนเสียงในอุปกรณ์เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งแสงที่ขอบส่วนใหญ่ประกอบด้วยฟิล์มแสงทั้งสองด้าน โครงสร้างอุปกรณ์ EEL ทั่วไปและโครงสร้างตัวสะท้อนเสียงแสดงในรูปที่ 2 โฟตอนในอุปกรณ์เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ปล่อยขอบจะถูกขยายโดยการเลือกโหมดในตัวสะท้อนเสียง และเลเซอร์จะถูกสร้างขึ้นในทิศทางขนานกับพื้นผิวของวัสดุพิมพ์ อุปกรณ์เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบมีความยาวคลื่นในการทำงานที่หลากหลาย และเหมาะสำหรับการใช้งานจริงหลายประเภท ดังนั้นจึงกลายเป็นหนึ่งในแหล่งกำเนิดเลเซอร์ในอุดมคติ

ดัชนีการประเมินประสิทธิภาพของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่เปล่งขอบนั้นสอดคล้องกับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ เช่นกัน ซึ่งรวมถึง: (1) ความยาวคลื่นของการเลเซอร์เลเซอร์; (2) กระแส Threshold Ith นั่นคือกระแสที่เลเซอร์ไดโอดเริ่มสร้างการสั่นของเลเซอร์ (3) Iop กระแสไฟฟ้าทำงาน นั่นคือ กระแสขับเมื่อเลเซอร์ไดโอดถึงกำลังเอาต์พุตที่กำหนด พารามิเตอร์นี้ใช้กับการออกแบบและการมอดูเลตของวงจรเลเซอร์ไดรฟ์ (4) ประสิทธิภาพความลาดชัน (5) มุมความแตกต่างในแนวตั้ง θ⊥; (6) มุมเบี่ยงเบนแนวนอน θ∥; (7) ตรวจสอบ Im ปัจจุบัน ซึ่งก็คือขนาดปัจจุบันของชิปเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ที่กำลังไฟเอาท์พุตที่กำหนด

3. ความคืบหน้าการวิจัยของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เปล่งแสงตามขอบ GaAs และ GaN
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ GaAs เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่เติบโตเต็มที่ที่สุด ในปัจจุบัน เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เปล่งแสงในย่านความถี่ใกล้อินฟราเรด (760-1,060 นาโนเมตร) ที่ใช้ GAAS ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเชิงพาณิชย์ เนื่องจากเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามรองจาก Si และ GaAs GaN จึงได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม เนื่องจากมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่ดีเยี่ยม ด้วยการพัฒนาอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ GAN และความพยายามของนักวิจัย ไดโอดเปล่งแสงที่ใช้ GAN และเลเซอร์เปล่งแสงที่ขอบจึงได้รับการพัฒนาทางอุตสาหกรรม