การเลือกแหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่เหมาะสม: เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบ ตอนที่ 1

การเลือกอุดมคติแหล่งกำเนิดเลเซอร์:เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบ
1. บทนำ
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ชิปแบ่งออกเป็นชิปเลเซอร์เปล่งแสงแบบขอบ (EEL) และชิปเลเซอร์เปล่งแสงแบบพื้นผิวโพรงแนวตั้ง (VCSEL) ตามกระบวนการผลิตเรโซเนเตอร์ที่แตกต่างกัน และความแตกต่างทางโครงสร้างเฉพาะของชิปเหล่านี้แสดงไว้ในรูปที่ 1 เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์เปล่งแสงแบบพื้นผิวโพรงแนวตั้ง การพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เปล่งแสงแบบขอบมีความสมบูรณ์มากกว่า โดยมีช่วงความยาวคลื่นกว้าง สูงอิเล็กโทรออปติกประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูง กำลังไฟสูง และข้อดีอื่นๆ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลด้วยเลเซอร์ การสื่อสารด้วยแสง และสาขาอื่นๆ ปัจจุบัน เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งแสงขอบเป็นส่วนสำคัญของอุตสาหกรรมออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และมีการประยุกต์ใช้ครอบคลุมอุตสาหกรรม โทรคมนาคม วิทยาศาสตร์ ผู้บริโภค การทหาร และการบินและอวกาศ ด้วยการพัฒนาและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี พลังงาน ความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งแสงขอบจึงได้รับการปรับปรุงอย่างมาก และมีแนวโน้มการประยุกต์ใช้งานอย่างกว้างขวางมากขึ้นเรื่อยๆ
ต่อไปฉันจะพาคุณไปชื่นชมเสน่ห์อันเป็นเอกลักษณ์ของการแผ่รังสีด้านข้างเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์.

รูปที่ 1 (ซ้าย) แผนภาพโครงสร้างเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เปล่งแสงด้านข้าง และ (ขวา) แผนภาพโครงสร้างเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้ง

2. หลักการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์การปล่อยขอบเลเซอร์
โครงสร้างของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งแสงขอบสามารถแบ่งออกได้เป็นสามส่วน ได้แก่ บริเวณแอคทีฟของเซมิคอนดักเตอร์ แหล่งกำเนิดปั๊ม และเรโซเนเตอร์แสง เรโซเนเตอร์ในอุปกรณ์เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งแสงขอบแตกต่างจากเรโซเนเตอร์ของเลเซอร์แบบเปล่งแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้ง (ซึ่งประกอบด้วยกระจกแบรกก์ด้านบนและด้านล่าง) โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยฟิล์มแสงทั้งสองด้าน โครงสร้างอุปกรณ์ EEL และโครงสร้างเรโซเนเตอร์ทั่วไปแสดงในรูปที่ 2 โฟตอนในอุปกรณ์เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งแสงขอบจะถูกขยายโดยการเลือกโหมดในเรโซเนเตอร์ และเลเซอร์จะถูกสร้างขึ้นในทิศทางขนานกับพื้นผิวของแผ่นรองรับ อุปกรณ์เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งแสงขอบมีความยาวคลื่นใช้งานที่หลากหลายและเหมาะสำหรับการใช้งานจริงมากมาย จึงเป็นหนึ่งในแหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่เหมาะสมที่สุด

ดัชนีการประเมินประสิทธิภาพของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งขอบยังสอดคล้องกับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ รวมถึง: (1) ความยาวคลื่นเลเซอร์; (2) กระแสขีดจำกัด Ith นั่นคือ กระแสที่ไดโอดเลเซอร์เริ่มสร้างการสั่นของเลเซอร์; (3) กระแสไฟฟ้าทำงาน Iop นั่นคือ กระแสขับเคลื่อนเมื่อไดโอดเลเซอร์เข้าถึงกำลังเอาต์พุตที่กำหนด พารามิเตอร์นี้จะใช้กับการออกแบบและการปรับวงจรไดรฟ์เลเซอร์; (4) ประสิทธิภาพความชัน; (5) มุมแยกแนวตั้ง θ⊥; (6) มุมแยกแนวนอน θ∥; (7) ตรวจสอบกระแส Im นั่นคือ ขนาดกระแสของชิปเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่กำลังเอาต์พุตที่กำหนด

3. ความก้าวหน้าการวิจัยเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบที่ใช้ GaAs และ GaN
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ GaAs เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่พัฒนาอย่างก้าวกระโดดที่สุด ปัจจุบันเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งแสงขอบย่านความถี่ใกล้อินฟราเรด (760-1060 นาโนเมตร) ที่ใช้ GAAS ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในเชิงพาณิชย์ ในฐานะวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามรองจาก Si และ GaAs GaN ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม เนื่องจากมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ยอดเยี่ยม ด้วยการพัฒนาอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ GAN และความพยายามของนักวิจัย ไดโอดเปล่งแสงและเลเซอร์เปล่งแสงขอบที่ใช้ GAN จึงถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรม