Бінарна алгебраїчна операція
Химия

Доповідь — Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовлення


Доповідь - Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовлення

Завантажити доповідь: Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовлення

Конструкції напівпровідникових лазерних діодів і світлодіодів (ЦД), що застосовуються у ВОСП, дуже різноманітні. Конструкції ЦД вибирають з таким розрахунком, щоб зменшити власне самопоглинання випромінювання, забезпечити режим роботи при високій щільності струму інжекції та збільшити ефективність введення випромінювання у волокно. Для підвищення ефективності введення використовують мікролінзи, як формуються безпосередньо на поверхні приладу, так і зовнішні.

В даний час набули поширення дві основні модифікації ЦД: поверхневі та торцеві. У поверхневих ЦД випромінювання виводиться в напрямку, перпендикулярному площині активного шару, а в торцевих з активного шару — паралельної йому площині. Схематичне зображення конструкції ЦД обох типів наведено малюнку. Для поліпшення відведення тепла від активного шару за високої щільності токанакачки застосовують тепловідведення.

Виведення випромінювання в ЦД поверхневого типу на арсеніді галію здійснюють через круглий отвір, витравлене в обкладинці. У цей отвір вставляють оптичне волокно та закріплюють його за допомогою епоксидної смоли. Таку конструкцію світлодіода називають діод Барраса. Відомі також конструкції поверхневих ЦД з виведенням випромінювання безпосередньо через підкладку. Такі конструкції застосовуються в ЦД на чотирикомпонентному з’єднанні GaInAsP. У цьому випадку підкладка InP є прозорим вікном.

У торцевих ЦД з подвійною гетероструктурою виведення випромінювання активного шару здійснюють з торця, як і лазерних діодах. Завдяки повному внутрішньому відображенню оптичне випромінювання поширюється вздовж переходу. За допомогою смужкової конструкції нижнього контакту омічного, а також щілини на задній частині активного шару активна область обмежена, що дозволяє уникнути лазерної генерації . Оскільки випромінювання при виведенні назовні проходить через активний шар, то має місце самопоглинання випромінювання в цьому шарі. Для зменшення самопоглинання активний шар виконують дуже тонким (0,03 … 0,1 мкм).

Випромінювання ЦД виникає в результаті спонтанної випромінювальної рекомбінації носіїв заряду і тому є некогерентним, а отже відносно широкосмуговим та слабоспрямованим.

Особливо слід виділити суперлюмінесцентні ЦД. У цих діодах, крім спонтанної рекомбінації з випромінюванням, використовується процес індукованої рекомбінації з випромінюванням; вихідне випромінювання є посиленим активному середовищі. Суперлюмінесцентні ЦД є торцевими ЦД, що працюють при таких високих щільності струму інжекції, що в матеріалі активного шару починає спостерігатися інверсна населеність енергетичних рівнів.

Принциповою відмінністю лазерного діода від ЦД є наявність у першому вбудованого оптичного резонатора, що дозволяє за умови перевищення струмом інжекції деякого порогового значення отримати режим індукованого випромінювання, що характеризується високим ступенем когерентності. Найчастіше як оптичний резонатор використовують: плоский резонатор Фабрі-Перо та його модифікації, включаючи складові та зовнішні резонатори, резонатори з розподіленим зворотним зв’язком (РОС-резонатор) і з розподіленим брегівським відбивачом (РБО-резонатор).Плоский резонатор утворюється зазвичай паралельно з торцям напівпровідника, а РОС-і РБО-резонатори — шляхом періодичної просторової модуляції параметрів структури, що впливають на умови поширення випромінювання. При суміщенні періодичної структури з активною областю отримують РОС-діод, а при розміщенні періодичної структури за межами активної області — РБО лазерний діод.

Перевагами РОС- та РБО-лазерних діодів у порівнянні із звичайним лазерним діодом з резонатором Фабрі-Перо є: Зменшення залежності довжини хвилі випромінювання від струму інжекції та температури, висока стабільність одномодовості та одночастотності випромінювання, практично 100-відсоткова глибина модуляції. Так, якщо у лазерному діоді з резонатором Фабрі-Перо температурний коефіцієнт
Доповідь - Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовленняпорядку 0,5 … 1 нм / ° С. Крім того РОС-і на відмову. З іншого боку, для РБО-структури дозволяють реалізувати інтегрально-оптичні схеми. Основним недоліком є ​​складна технологія виготовлення.

Напівпровідникові випромінювачі в загальному випадку визначаються комплексом параметрів і характеристик, включаючи габаритні та приєднувальні розміри. Однак з точки зору їх застосування як компоненти ВОСП важливе значення має обмежений набір параметрів і характеристик, які найчастіше і наводяться в паспортних даних конкретних приладів.

Найбільш важливими для застосування в ВОСП параметрами є: середня потужність випромінювання, ширина випромінюваного спектру, час наростання і спаду імпульсу випромінювання при імпульсному збудженні струму накачування, падіння напруги на діоді і напрацювання лазерних діодів і торцевих світлодіодів, що мають вузьку діаграму розбіжності за рівнем половинної потужності. Ці кути зазвичай визначають за напрямом випромінювання в паралельній і перпендикулярній переходу площинах і позначають відповідно і.

Середня потужність випромінювання під час роботи під час роботи випромінювача в безперервному режимі визначає повну потужність, випромінювану поверхнею активної області приладу у бік виведення випромінювання.

Довжина хвилі випромінюванняДоповідь - Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовлення визначають як значення, що відповідає максимуму спектрального розподілу потужності, а ширину випромінюваного спектру
Доповідь - Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовленняДоповідь - Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовлення— як інтервал довжин хвиль, у якому спектральна густина потужності становить половину максимальної. Огинає спектрального розподілу випромінювання світлодіода має приблизно форму гаусівської кривої з
Доповідь - Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовлення= 20…50 нм. Для лазерних діодів з резонатором Фабрі — Перо ширина спектра значно вже (порядку 1 … 4 нм) і ще менше для РОС — і РБО — лазерних діодів, у яких залежно від конструкції вона може становити 0,1… 0,3 нм. Мінімальна ширина спектра досягається в лазерних діодах із зовнішніми резонаторами, у яких вона в залежності від типу резонатора лежить у межах 1…1500 кГц.

Для високошвидкісних ВОСП важливе значення мають динамічні властивості лазерних діодів, які виявляються залежно від спектральної характеристики швидкості передачі при безпосередньої модуляції потужності випромінювання шляхом зміни струму накачування. У одномодового лазерного діода з резонатором Фарбі — Перо збільшення швидкості передачі супроводжується зміною модового складу, що характеризується динамічним розширенням спектра до 10 нм при модуляції з частотою
Доповідь - Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовленняпорядку 1….2 ГГц .Для РОС-і РБО-лазерних діодів при модуляції в діапазоні 0,25…2 ГГц має місце лише незначне зрушення
Доповідь - Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовлення(близько 0,2 нм) при збереженні високого ступеня придушення побічних мод. Тому ці лазерні діоди часто називають динамічно одномодовими.

Швидкодія джерел випромінювання оцінюється часом наростання
Доповідь - Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовленняі часом спаду
Доповідь - Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовленняпотужності випромінювання при модуляції імпульсами струму накачування прямокутної форми достатньої тривалості (
Доповідь - Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовлення).Для оцінки і зазвичай використовують рівні 0,1 і 0,9 від встановленого значення потужності. Часто швидкодія визначається максимальною частотою модуляції. Для світлодіодів ця частота може досягати 200 МГц, а у лазерних діодів — значно більше (дещо ГГц). .

До параметрів, що визначають статичний режим роботи напівпровідникового випромінювального діода, відносять падіння напруги на діоді та струм накачування при прямому зміщенні. Крім цих параметрів статичний режим роботи характеризується ват-амперною характеристикою. На ват-амперній характеристиці лазерного діода можна виділити точку зламу, яка визначається пороговим струмом накачування I пор. При струмах накачування вище порогового лазерний діод працює в режимі індукованого випромінювання і потужність його дуже швидко зростає зі збільшенням струму накачування. Якщо струм накачування менший за пороговий, то прилад працює в режимі спонтанного випромінювання і випромінювана потужність мала. Одночасно різко зменшується швидкодія і істотно розширюється ширина спектра, що випромінюється. Тому лазерні діоди в динамічному режимі роботи вимагають початкового зміщення постійним струмом приблизно рівним пороговому струму. Нахил гілки ват-амперної характеристики лазерного діода, розташованої правіше I пор, характеризує диференціальну квантову ефективність.
Доповідь - Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовленняд= dP/dI н, яка залежить від конструкції приладу та його температури. Типові значення диференціальної квантової ефективності лазерних діодів становлять 0,1…0,2 мВт/мА, а пороговий струм лежить у межах 10…100 мА.

Для лазерних діодів характерна температурна залежність порогового струму та диференціальної квантової ефективності. Зі зростанням температури пороговий струм збільшується, а диференціальна квантова ефективність зменшується. Зміна температури призводить також до зміни довжини випромінювання хвилі. Найбільшу температурну нестабільність мають лазерні діоди з резонатором Фабрі-Перо. Лазерні діоди з РОС- та РБО-резонаторами більш термостабільні. Для зменшення температурних впливів застосовують спеціальні заходи, наприклад, використовують тепловідведення з елементом Пелтьє. Параметри та характеристики світлодіодів мають досить високу температурну стабільність, що робить їх більш простими в експлуатації.

Надійність напівпровідникових випромінювачів визначається напрацюванням на відмову або інтенсивністю відмов. Лазерні діоди, створені на початку 80-х років, мали значно меншу надійність у порівнянні зі світлодіодами. Однак останнім часом завдяки вдосконаленню конструкцій та технології виготовлення її вдалося значно підвищити та довести до прийнятної величини.

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *