Диссертация (1104695), страница 10
Текст из файла (страница 10)
При их изготовлении были использованычетыревысокосовершенныеполупроводниковыенаногетероструктуры,67выращенные методом газотранспортной эпитаксии из металлоорганическихсоединений, и оптимизированная технология формирования активных каналов иионной очистки торцевых граней перед нанесением антиотражающих покрытий.Это позволило повысить внешнюю эффективность СЛД и их пороги КОД.Миниатюрныесветоизлучающиепродемонстрировалидостаточномодулина основевысокуюразработанныхнадёжностьприСЛДнепрерывнойвыходной оптической мощности до 100 мВт.Экспериментальные образцы и их оптико-физические характеристикиПолупроводниковыеактивнымислоямиинаногетероструктурыраздельнымсограничением,квантоворазмернымииспользованныеприизготовлении исследованных СЛД, были специально выращены на установкахМОС-гидридной эпитаксии СИГМОС и AIXTRON. Их основные структурныепараметры представлены в Табл.
1.4.1.Все экспериментальные образцы имели одинаковую конструкцию. Ихпрямой активный канал представлял собой гребневидный световод длиной1500 мкм и шириной 4 мкм, расположенный под углом 7º относительно нормали кторцевым граням кристалла, на которые были нанесены антиотражающиепокрытия. Как известно, в квантоворазмерных СЛД, у которых толщинаактивногослоясоставляетединицынм,привысокихконцентрацияхнеравновесных носителей заряда заполняются не только основная, но ивозбужденные подзоны энергетического спектра. В результате спектр усиленногоспонтанного излучения приобретает характерную, обычно двугорбую, форму. Уисследованных СЛД этого не наблюдалось. Вплоть до плотности тока инжекциипорядка 104 А/см2 их спектры излучения имели колоколообразную квазигауссовуформу [110], свидетельствующую о том, что вклад в суперлюминесценцию даюттолько квантовые переходы из основной подзоны.
Заполнению возбужденныхподзон в данном случае препятствуют высокая квантовая эффективность ибольшая длина активного канала (большое однопроходное оптическое усиление),приводящие к эффективному «сбросу» инверсии. В Табл. 1.4.1 представлены68также основные спектральные параметры исследованных СЛД в рабочихрежимах, соответствующих непрерывной выходной мощности 100 мВт. ПорогКОД, связанный, как правило, с разрушением торцевых граней, у СЛД типов I-IIIсоставлял 200-220 мВт. У образцов типа IV КОД не наблюдалась: с ростом токаинжекции происходило тепловое насыщение выходной мощности.ТипСЛДIIIIIIIVСостав итолщинаактивногослоя, нмСостав итолщинаволноводногослоя, мкмGaAsAlxGa1-xAs3.5GaAsX=0.25…0.5;0.3Al0.3Ga0.7As9.00.25In0.2Ga0.8AsAlxGa1-xAs6.0X=0…0.5; 0.4In0.35Ga0.65AsAl0.25Ga0.75As2x7.00.5ПорогКОДISLD(мА)λm(нм)∆λ(нм)Ripple(%)300795162-3200/700360840253-4220/700370960504-6220/8004251060405-7(мВт/мА)Перегревбез КОДТабл.
1.4.1 Основные структурные параметры и типичные техническиехарактеристики исследованных СЛД. Примечание: ISLD - ток инжекции,обеспечивающий PFS = 100 мВт при 25ОС и соответствующие спектральныехарактеристики: λm - медианная длина волны; ∆λ - полуширина спектра;Ripple - глубина остаточной модуляции спектра модами Фабри-Перо.ТипичныеВатт-Амперныехарактеристикиисследованныхпредставлены на Рис. 1.4.2, а их спектры излучения на Рис.
1.4.3.СЛДВыходная мощность (мВт)69120III III100IV8060402000100200300400Ток накачки (мА)500Интенсивность (отн. ед.)Рис. 1.4.2 Вт-А характеристики при 25ºС исследованных СЛД.Рис. 1.4.3I1,00IIIIIIV0,750,500,250,00800Спектрыисследованных СЛД.9001000Длина волны (нм)излученияпривыходной1100мощности100мВт70Рис. 1.4.4 иллюстрирует типичное дальнее поле излучения. На немпредставлены сечение выходного пучка (а) и угловые зависимости интенсивностиизлучения в плоскостях перпендикулярной (б) и параллельной (в) гетерослоям.Как уже обсуждалось во введении, реализованные мощностные параметры дляСЛД ближнего ИК-диапазона спектра сами по себе не являются рекордными.Главным достижением данной работы является демонстрация достаточновысокой надежности разработанных приборов в указанных рабочих режимах.
НаРис. 1.4.5 представлены хронограммы предварительных ресурсных испытанийСЛД типа II (а), типа III (б) и типа IV (в) при токе инжекции 400 мА.Экстраполяция приведенных зависимостей позволяет получить для медианногосрока службы (MTTF) оценки около 15000, 11000 и 40000 часов соответственно.СЛД типа I в настоящее время проходят аналогичные испытания. ПоИнтенсивность (отн.
ед.)предварительным оценкам их MTTF также превышает 10000 час.Рис. 1.4.4распределенияТипичное1,0010,750,5020,250,00-60дальнееинтенсивностипараллельной гетерограницам (2)).в-40поле-20020Угол (град.)излученияплоскостях,(сечение4060пучкаперпендикулярной(1)ииВыходная мощность (отн. ед.)Выходная мощность (отн. ед.)Выходная мощность (отн.
ед.)71Рис. 1.4.51,00,80,60,40,20,0010002000Время (ч.)а.300010002000Время (ч.)б.30001.00.80.60.40.20.001,00,80,60,40,20,00200400600800Время (ч.)в.1000Хронограммы предварительных ресурсных испытаний СЛДтипа II (а), типа III (б) и типа IV (в) при рабочем токе 400 мА.72Миниатюрные светоизлучающие модули.Врезультатепроведенныхисследованийбылиразработанысветоизлучающие модули в стандартных корпусах TOW и TO-9 (Рис. 1.4.6).Рис. 1.4.6 Фотография корпусов TOW и TO-9В приборах 1-го типа кроме СЛД размещены термоэлектрическиймикроохладитель (ТЭМО), термистор и фотодиод-монитор, что позволяетиспользоватьстандартныеэлектронныеконтроллеры,обеспечивающиетермостабилизацию и автоматический контроль выходной мощности (АКМ).Хронограммы на Рис. 1.4.7 иллюстрируют выход ТЭМО на стационарный режимтермостабилизации на уровне 25 ºС при рабочих токах СЛД 300 мА (а) и400 мА (б) для различных температур окружающей среды. Приведенныезависимости показывают, что, по крайней мере, до температуры 55 ºС эти модулимогут обеспечить выходные характеристики СЛД, представленные на Рис.
1.4.2 иРис. 1.4.3. Очевидно, что использование более крупногабаритного корпуса и73более производительного ТЭМО позволит значительно расширить диапазондопустимых рабочих температур.Модули 2-го типа содержат только СЛД и фотодиод-монитор. Прииспользовании внешней системы термостабилизации они также обеспечиваютвышеуказанные выходные характеристики. Если же они эксплуатируются, будучипросто смонтированными на достаточно массивном радиаторе, то выходныеоптические характеристики изменяются с изменением температуры окружающейсреды. С ростом температуры выходная мощность падает, а центральная длинаволны и ширина спектра растут.
Эти изменения иллюстрируются на примеремодулей в корпусах ТО-9 на основе СЛД типа II (Рис. 1.4.7, Рис. 1.4.8, Рис. 1.4.9).В этом году начат серийный выпуск именно этих приборов (модельSLD-340-UHP, см. приложение).160012004800324000102Рис. 1.4.7468Время (мин.)а.10Ток ТЭМО (мА)Ток ТЭМО (мА)160041200380021400002468Время (мин.)б.10Переходные процессы при включении ТЭМО. Рабочие токиинжекции 300 мА (а) и 400 мА (б), термостабилизация на уровне 25ºС притемпературе окружающей среды 25 ºС (1), 45 ºС (2), 55 ºС (3) и 65 ºС (4).Выходная мощность (мВт)74010025 C035 C8045 C0055 C604020010012850848384684484284083820 25 30 35 40 45 50 55 60Температура (град.)а.Рис.
1.4.9400Вт-А характеристики при различных температурах852Длина волны (нм)200300Ток накачки (мА)32Полуширина (нм)Рис.1.4.8033028262241222020 25 30 35 40 45 50 55 60Температура (град.)б.Зависимости центральной длины волны (а) и ширины спектра(б) от температуры при выходной мощности 5 мВт (1), 10 мВт (2) и 50 мВт (3) дляСЛД типа II в корпусе ТО-9 (радиатор без термостабилизации).ЗаключениеИсследованыпрототипыминиатюрныхпространственно-одномодовыхСЛД-модулей с центральными длинами волн 790 нм, 840 нм, 960 нм и 1060 нм.Показано, что при непрерывной выходной оптической мощности 100 мВт их срокслужбы превышает 10000 час.
По уровню выходной мощности эти модулипревосходят коммерчески доступные аналоги приблизительно в 2 раза.75Глава 2 Новые комбинированные источники сверхширокополосногоизлучения «ближайшего» ИК – диапазона спектра но основеразработанных СЛДВведение.В данной главе приведены результаты по разработке новых типовширокополосныхисточниковсветанаосновеобъединенияизлучениясуперлюминесцентных диодов различных спектральных диапазонов с помощьюширокополосных оптических разветвителей. Выходная мощность и спектральныепараметры таких приборов, значительно превышающие по ширине спектраодиночных серийно выпускаемых СЛД - модулей, могут быть выбраны иреализованы в широких пределах в зависимости от требований, предъявляемых кданному источнику излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
