Ласер који емитује површину вертикалне шупљине

Ласер који емитује површину вертикалне шупљине је нова генерација полупроводничког ласера ​​који се брзо развија последњих година. Такозвана "вертикална емисија површине шупљине" значи да је правац ласерске емисије окомит на раван цепања или површину супстрата. Други емисиони метод који му одговара назива се "ивична емисија". Традиционални полупроводнички ласери прихватају режим емитовања ивица, то јест, правац ласерске емисије је паралелан са површином супстрата. Овај тип ласера ​​се назива ласер који емитује ивице (ЕЕЛ). У поређењу са ЕЕЛ, ВЦСЕЛ има предности доброг квалитета снопа, једномодног излаза, великог пропусног опсега модулације, дугог века трајања, лаке интеграције и тестирања, итд., Тако да се широко користи у оптичким комуникацијама, оптичком дисплеју, оптичком сензору и другим поља.

Да бисмо интуитивније и конкретније разумели шта је „вертикална емисија“, прво морамо да разумемо састав и структуру ВЦСЕЛ-а. Овде представљамо ВЦСЕЛ ограничен на оксидацију:

Основна структура ВЦСЕЛ укључује од врха до дна: П-тип омске контактне електроде, П-типа допиране ДБР, оксидни затварајући слој, активни регион више квантних бунара, Н-тип допиран ДБР, супстрат и Н-тип омске контактне електроде. Ево попречног пресека ВЦСЕЛ структуре [1]. Активна област ВЦСЕЛ-а је у сендвичу између ДБР огледала са обе стране, који заједно формирају Фабри-Перот резонантну шупљину. Оптичку повратну информацију обезбеђују ДБР-ови са обе стране. Обично је рефлективност ДБР-а близу 100%, док је рефлективност горњег ДБР-а релативно нижа. Током рада, струја се убризгава кроз оксидни слој изнад активне области кроз електроде са обе стране, које ће формирати стимулисано зрачење у активном подручју како би се постигао ласерски излаз. Излазни правац ласера ​​је окомит на површину активне области, пролази кроз површину затвореног слоја и емитује се из ДБР огледала ниске рефлексије.

Након разумевања основне структуре, лако је разумети шта значе такозвана "вертикална емисија" и "паралелна емисија". Следећа слика приказује методе емитовања светлости ВЦСЕЛ и ЕЕЛ [4]. ВЦСЕЛ приказан на слици је режим доњег емитовања, а постоје и режими горњег емитовања.

За полупроводничке ласере, да би се убризгали електрони у активну област, активна област се обично поставља у ПН спој, електрони се убризгавају у активну област кроз Н слој, а рупе се убризгавају у активну област кроз П слој. Да би се постигла висока ефикасност ласера, активни регион генерално није допиран. Међутим, постоје позадинске нечистоће у полупроводничком чипу током процеса раста, а активни регион није идеалан унутрашњи полупроводник. Када се убризгани носачи комбинују са нечистоћама, животни век носача ће се смањити, што ће резултирати смањењем ефикасности ласерског ласера, али ће у исто време повећати брзину модулације ласера, тако да је понекад активни регион намерно допингован. Повећајте брзину модулације уз истовремено постизање перформанси.

Поред тога, можемо видети из претходног увода ДБР-а да је ефективна дужина шупљине ВЦСЕЛ-а дебљина активне површине плус дубина пенетрације ДБР-а са обе стране. Активна површина ВЦСЕЛ-а је танка, а укупна дужина резонантне шупљине је обично неколико микрона. ЕЕЛ користи ивичну емисију, а дужина шупљине је углавном неколико стотина микрона. Стога, ВЦСЕЛ има краћу дужину шупљине, веће растојање између уздужних модова и боље карактеристике појединачног уздужног мода. Поред тога, запремина активне површине ВЦСЕЛ је такође мања (0,07 кубних микрона, док је ЕЕЛ генерално 60 кубних микрона), тако да је струја прага ВЦСЕЛ такође нижа. Међутим, смањење запремине активне области смањује резонантну шупљину, што ће повећати губитак и повећати густину електрона потребну за осцилацију. Неопходно је повећати рефлективност резонантне шупљине, тако да ВЦСЕЛ треба да припреми ДБР са високом рефлективношћу. . Међутим, постоји оптимална рефлексивност за максималан излаз светлости, што не значи да што је већа рефлексивност, то боље. Како смањити губитак светлости и припремити огледала високе рефлексије одувек је била техничка потешкоћа.