NIR Laser เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงเป็นอย่างไร?

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตอัจฉริยะ การสื่อสารด้วยเลเซอร์ การตรวจจับด้วยเลเซอร์ ความงามทางการแพทย์ ฯลฯ นับตั้งแต่ถือกำเนิดขึ้น เลเซอร์เหล่านี้มีความก้าวหน้าอย่างมากในด้านทฤษฎี การปฏิบัติ และการประยุกต์ใช้ ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนส่วนใหญ่ของตลาดเลเซอร์โดยรวม ในหมู่พวกเขา เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงในย่านความถี่ใกล้อินฟราเรดนั้นดีที่สุด

ชิปเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์พลังงานสูงใกล้อินฟราเรด ชิปเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงเป็นแหล่งกำเนิดแสงหลักของเลเซอร์พลังงานสูงร่วมสมัยที่นำเสนอด้วยใยแก้วนำแสง โซลิดสเตต และเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยตรง กำลัง ความสว่าง และความน่าเชื่อถือของชิปเลเซอร์เป็นตัวบ่งชี้หลัก ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและต้นทุนของระบบเลเซอร์

โครงสร้างหลักของชิปเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ประกอบด้วยชั้นเปล่งแสงอีปิแทกเชียลที่ให้สื่ออัตราขยายของเลเซอร์ อิเล็กโทรดที่ฉีดสารพาหะเข้าไปในชั้นเปล่งแสงอีปิแทกเชียล และพื้นผิวช่องแยกที่สร้างช่องเรโซแนนซ์ กระบวนการพัฒนาชิปประกอบด้วยขั้นตอนของการออกแบบโครงสร้าง epitaxial และการเติบโตของวัสดุ การออกแบบโครงสร้างชิปและกระบวนการเตรียม การรักษารอยแยกที่ผิวโพรงและการเคลือบด้วยแสง การทดสอบบรรจุภัณฑ์ของชิป ความน่าเชื่อถือของอายุการใช้งานชิป และการวิเคราะห์ประสิทธิภาพ ส่งผลกระทบต่อเทคโนโลยีหลักสามประการ ได้แก่ การออกแบบโครงสร้าง epitaxial และการเติบโตของวัสดุ การออกแบบโครงสร้างชิปและกระบวนการเตรียม การตัดแยกพื้นผิวโพรง และการรักษาทู่
(1) การออกแบบโครงสร้าง Epitaxial และการเติบโตของวัสดุ การออกแบบโครงสร้าง Epitaxial และการเติบโตของวัสดุเกี่ยวข้องกับการได้รับและการปั๊มของเลเซอร์ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของชิป ปัจจัยหลักได้แก่ เฮเทอโรจังก์ชันและการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าของวัสดุจำนวนมาก การสูญเสียการรั่วไหลของพาหะ และการสูญเสียการดูดกลืนแสง จากการวิเคราะห์แถบพลังงานของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ แรงดันไฟฟ้าเฮเทอโรจังก์ชั่นส่วนใหญ่มาจากส่วนต่อประสานระหว่างชั้นกักกัน สารตั้งต้นและชั้นท่อนำคลื่น และแรงดันเฮเทอโรจังก์ชันของชิปจะลดลงอย่างมีประสิทธิภาพผ่านการไล่ระดับสีส่วนต่อประสานและการปรับสารกระตุ้นในระดับสูง ความต้านทานของวัสดุปริมาณมากสามารถทำได้โดยการปรับองค์ประกอบของวัสดุเพื่อเพิ่มการเคลื่อนที่ของพาหะและเพิ่มความเข้มข้นของสารกระตุ้น การลดการสูญเสียการรั่วไหลของพาหะจำเป็นต้องมีสิ่งกีดขวางกักพาหะที่เพียงพอ โดยเฉพาะสิ่งกีดขวางอิเล็กตรอนระนาบ p ดังนั้น การลดความต้านทานของวัสดุจำนวนมากและการปรับปรุงการกักตัวของพาหะจึงจำเป็นต้องได้รับการพิจารณาอย่างครอบคลุมเพื่อปรับองค์ประกอบของวัสดุให้เหมาะสม โดยปกติการสูญเสียการดูดกลืนแสงสามารถทำได้โดยการออกแบบโครงสร้างช่องนำคลื่นช่องแสงขนาดใหญ่พิเศษแบบไม่สมมาตร เมื่อความหนารวมของชั้นท่อนำคลื่นยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ความหนาของชั้นท่อนำคลื่นระนาบ p จะลดลงและความหนาของชั้นท่อนำคลื่นระนาบ n จะเพิ่มขึ้น เพื่อให้ส่วนหลักของสนามแสงกระจายอยู่ในการดูดซับต่ำ ระนาบ n ที่มีความต้านทานต่ำ ลดการทับซ้อนของสนามแสงและระนาบ p ที่มีการดูดกลืนแสงสูง ลดแรงดันไฟฟ้าของวัสดุจำนวนมาก และลดการสูญเสียการดูดกลืนแสง ในเวลาเดียวกัน เมื่อรวมกับการออกแบบการจ่ายยาสลบแบบค่อยเป็นค่อยไป ทำให้สามารถรับรู้ถึงการเพิ่มประสิทธิภาพพร้อมกันของการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าของวัสดุจำนวนมากและการสูญเสียการดูดกลืนแสง ชิปเลเซอร์ในแถบความถี่ 900 นาโนเมตรมักใช้หลุมควอนตัม InGaAs เป็นวัสดุขยาย และหลุมควอนตัม AlInGaAs ที่มีความเครียดสูงเพื่อเพิ่มอัตราการขยาย แต่หลุมควอนตัม AlInGaAs เป็นวัสดุควอเทอร์นารีมีข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่าสำหรับการควบคุมการเจริญเติบโตของวัสดุ จำเป็นต้องปรับอัตราส่วนของบรรยากาศและอัตราอุณหภูมิการเจริญเติบโตให้เหมาะสมเพื่อเพิ่มพลังงานนิวเคลียสของข้อบกพร่องในร่างกายของหลุมควอนตัม ซึ่งจะช่วยลดความหนาแน่นของข้อบกพร่องของหลุมควอนตัมและการเติบโตของหลุมควอนตัมที่มีคุณภาพสูงและมีความเครียดสูง
(2) เมื่อการออกแบบโครงสร้างชิปและกระบวนการผลิตทำงานในโหมดพลังงานสูง ความเข้มของโหมดการสั่งซื้อสูงด้านข้างของชิปจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้มุมไดเวอร์เจนซ์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและความสว่างลดลง การดูดซับและการกระเจิงที่ขอบของท่อนำคลื่นโดยทั่วไปจะใช้ในรายงานวรรณกรรมเพื่อลดความเข้มของโหมดลำดับสูง แต่สิ่งนี้จะทำให้สูญเสียการดูดกลืนเพิ่มเติมไปยังโหมดลำดับต่ำ และลดพลังงานแสงทั้งหมด นอกจากนี้ เมื่อทำงานที่พลังงานสูง ความเข้มของสนามแสงของชิปจะกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอในทิศทางตามยาว ในขณะที่ความเข้มข้นของพาหะที่เกิดจากการฉีดในปัจจุบันของชิปโครงสร้างแบบเดิมจะสม่ำเสมอในทิศทางตามยาว ดังนั้นความเข้มของสนามแสง และการกระจายความเข้มข้นของพาหะไม่สามารถจับคู่ได้ สิ่งนี้จะสร้างเอฟเฟกต์การเผาไหม้ของรูอวกาศในแนวตั้ง ส่งผลให้เกิดความอิ่มตัวของพลังงาน วิธีหนึ่งในการแก้ปัญหานี้คือการปรับโครงสร้างอุปกรณ์ของการกระจายการฉีดพาหะ
(3) การตัดแยกพื้นผิวโพรงและการรักษาทู่ โหมดความล้มเหลวหลักของชิปเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงคือความเสียหายจากภัยพิบัติทางแสง (COMD) ของพื้นผิวโพรง COMD มาจากการดูดกลืนแสงของพื้นผิวช่องตัดและบริเวณโดยรอบเมื่อชิปกำลังทำงานด้วยพลังงานสูง การดูดกลืนแสงที่พื้นผิวเกิดจากความแตกแยกของพันธะที่ห้อยต่องแต่งของพื้นผิว การเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวและการปนเปื้อนของพื้นผิว ในขณะที่การแตกแยกของพื้นผิวในโพรงแบบเดิมเกิดขึ้นในบรรยากาศหรือสภาพแวดล้อมที่มีสุญญากาศต่ำ และปัญหานี้ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ การดูดกลืนแสงในบริเวณใกล้กับพื้นผิวรอยแยกมาจากการดูดกลืนระหว่างแถบ เมื่อชิปทำงานที่พลังงานสูง อุณหภูมิของบริเวณนี้จะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ช่องว่างแถบของวัสดุลดลง และเพิ่มการดูดซับระหว่างแถบ วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดการดูดซึมประเภทนี้คือการสร้างโครงสร้างหน้าต่างที่มีช่องว่างแถบกว้าง (การดูดซับต่ำ) ด้วยการพัฒนาการออกแบบโครงสร้าง epitaxial และการเติบโตของวัสดุ การออกแบบโครงสร้างชิปและกระบวนการเตรียม การตัดผิวโพรงและการรักษาทู่ บริษัท Suzhou Everbright Huaxin Optoelectronics Technology Co., Ltd. (ต่อไปนี้จะเรียกว่า "Everbright Huaxin") ได้เปิดตัว 28 W ชิปเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ การเพิ่มกำลังของชิปส่วนใหญ่มาจากการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดของโครงสร้าง epitaxial ของชิปและการปรับปรุงเทคโนโลยีการประมวลผลพิเศษของพื้นผิวโพรง กำลังเอาต์พุตของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น ขีดจำกัดของเลเซอร์ ความชัน และการดัดด้วยกำลังกระแสสูง โดยปกติแล้วการลดความเข้มข้นของยาสลบของจุดเชื่อมต่อ pn เพื่อให้บรรลุการลดเกณฑ์และเพิ่มความชัน และความเข้มข้นของสารกระตุ้นที่ต่ำเกินไปจะนำไปสู่การเพิ่มความต้านทานของจุดเชื่อมต่อ pn และเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของชิป เพื่อแก้ปัญหาการปรับสมดุลระหว่างความชันของธรณีประตูและแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสม Changguang Huaxin ได้ปรับความหนาของชั้นท่อนำคลื่นของโครงสร้างช่องแสงขนาดใหญ่แบบไม่สมมาตรให้เหมาะสมที่สุด และออกแบบการกระจายความเข้มข้นของสารกระตุ้นในพื้นที่ต่างๆ ของจุดเชื่อมต่อ pn อย่างรอบคอบ ดังนั้น เป็นการลดธรณีประตูและปรับปรุงประสิทธิภาพทางลาดชัน ผลของการรักษาแรงดันไฟฟ้าโดยทั่วไปให้คงที่ การดัดด้วยกระแสไฟฟ้าสูงมีสาเหตุหลักมาจากการลดลงของประสิทธิภาพควอนตัมภายในเมื่อมีการฉีดกระแสไฟฟ้าสูง Everbright ปรับโครงสร้างแถบพลังงานของวัสดุใกล้กับบริเวณอัตราขยายของโครงสร้างเลเซอร์ ปรับปรุงความสามารถในการกักกันของอิเล็กตรอนที่ถูกฉีดเข้าไปในจุดแยก pn และเพิ่มประสิทธิภาพควอนตัมอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างการฉีดกระแสสูง ในขณะที่ปรับกำลังของชิปเลเซอร์ให้เหมาะสม Everbright ยังคงปรับปรุงคุณภาพวัสดุของกระบวนการบำบัดพิเศษของพื้นผิวโพรงเพื่อลดอัตราส่วนข้อบกพร่อง ปรับปรุงความสามารถของพื้นผิวโพรงในการต้านทานความเสียหายทางแสง และรับประกันว่า 28 W ชิปเลเซอร์กำลังสูงตรงตามข้อกำหนดของตลาดอุตสาหกรรมสำหรับอายุการใช้งานของเลเซอร์ ความต้องการ.

ในฐานะเครื่องมือที่ใช้งานได้จริง ไฟเบอร์เลเซอร์โมดูลแหล่งกำเนิดแสงกึ่งตัวนำพลังงานสูงใกล้อินฟราเรดได้พัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเนื่องจากข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร และมีบทบาทสำคัญในด้านอุตสาหกรรมการผลิต การแปรรูป และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ในฐานะที่เป็นอุปกรณ์อัพสตรีมหลักของไฟเบอร์เลเซอร์ การพัฒนาแหล่งสูบน้ำยังมาพร้อมกับและส่งเสริมการพัฒนาและความก้าวหน้าของเทคโนโลยีโดยรวมของไฟเบอร์เลเซอร์อีกด้วย
(1) แหล่งปั๊มไฟเบอร์เลเซอร์อุตสาหกรรม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตลาดไฟเบอร์เลเซอร์อุตสาหกรรมได้พัฒนาอย่างรวดเร็วและมีโมเมนตัมที่แข็งแกร่ง ไฟเบอร์เลเซอร์เป็นผู้นำในตลาดการประมวลผลด้วยเลเซอร์อุตสาหกรรมด้วยเทคโนโลยีเฉพาะและข้อดีในการใช้งาน เท่าที่เกี่ยวข้องกับตลาดไฟเบอร์เลเซอร์อุตสาหกรรม เทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์พลังงานต่ำถึงปานกลางได้เติบโตเต็มที่และมีเสถียรภาพ และได้เข้าสู่เวทีการแข่งขันด้านต้นทุนอย่างเต็มที่

2) แหล่งสูบน้ำด้วยไฟเบอร์เลเซอร์สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ไฟเบอร์เลเซอร์สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปมีความต้องการด้านความสว่างที่สูงกว่า หรือใช้ในสถานการณ์การใช้งานพิเศษบางอย่าง ข้อกำหนดเหล่านี้ขยายไปถึงแหล่งสูบน้ำ โดยทั่วไปแล้วแหล่งสูบน้ำจะต้องมีความสว่างสูงและมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา ล็อคความยาวคลื่น และลักษณะอื่นๆ ปริมาณที่น้อยต้องการการออกแบบบรรจุภัณฑ์ที่กะทัดรัดสำหรับแหล่งสูบน้ำ และน้ำหนักเบาต้องการการลดน้ำหนักที่จำเป็นสำหรับแหล่งสูบน้ำ และการใช้วัสดุโลหะความหนาแน่นต่ำชนิดใหม่เพื่อแปรรูปเปลือกท่อบนพื้นฐานของการรับประกันประสิทธิภาพการนำความร้อน

High-brightness kilowatt-class fiber-coupled direct semiconductor lasers High-brightness kilowatt-class fiber-coupled direct semiconductor lasers have the characteristics of high brightness, wide wavelength range, high electro-optical conversion efficiency and easy use, and have a wide range of potential applications in industry and scientific research fields, such as for Metal material processing, Yb-doped fiber laser pumping, Raman nonlinear fiber laser pumping, and energy transfer. Brightness is defined as B=P·A-1·Ω-1, where P is the output power of the laser, A is the area of the beam waist of the output beam of the laser, and Ω is the solid angle of the divergence angle of the output beam of the laser. Generally speaking, the higher the brightness, the smaller the focused spot size and the longer the working distance. The continuous output power of a single laser diode light-emitting unit (or laser diode single tube) is less than 40 W, and it is necessary to use different beam combining methods to combine dozens to hundreds of single tube chips into a beam output to achieve kilowatt-level output. Conventional direct semiconductor lasers are based on a laser diode single tube or bar (composed of multiple single tubes), using spatial beam combining, polarization beam combining, coarse spectrum beam combining or fiber beam combining to increase output power. Direct semiconductor lasers based on this type of beam combining technology have high output power and low cost, and are favored by the industry, and can be used for welding and cladding of metal materials. Using the dense spectral beam combining technology based on a single-tube chip, Everbright Huaxin has successfully developed a variety of high-brightness fiber-coupled direct semiconductor lasers, which greatly improved the output brightness of direct semiconductor lasers (> 200 MW cm-2 Sr-1) and Electro-optical conversion efficiency (>ร้อยละ 45 ). ตัวอย่างเช่น ในปี 2019 Everbright ได้เปิดตัวเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ขนาด 1 kW, 220 μm/NA0.22 (ที่มีความสว่างเอาต์พุต 21MW cm-2 Sr -1) ​​ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการเชื่อมแผ่นบาง ในปีเดียวกัน บริษัทได้เปิดตัวเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยตรงขนาด 4 กิโลวัตต์ 600 ไมโครเมตร /NA0.22 (ความสว่างเอาต์พุต 11 เมกะวัตต์ซม.-2 Sr-1) ซึ่งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการหุ้มพื้นผิว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเส้นใยเอาต์พุตมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนที่ใหญ่และความสว่างต่ำ เลเซอร์ชนิดนี้จึงไม่สามารถใช้ตัดวัสดุโลหะและงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ต้องการความสว่างสูงได้ รูปที่ 8 แสดงผลการจำลองของชิปหลอดเดี่ยวหลายตัวที่รวมการเชื่อมต่อไฟเบอร์เชิงพื้นที่ จำนวนสูงสุดของชิปหลอดเดี่ยวที่รองรับไฟเบอร์ 100 μm/NA0.22 คือ 12 ตัว ดังนั้นกำลังเอาต์พุตจึงเป็นเพียง 12 เท่าของชิปหลอดเดียว

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงใกล้อินฟราเรดสามารถใช้เป็นแหล่งปั๊มและอุปกรณ์หลักสำหรับเลเซอร์โซลิดสเตตและไฟเบอร์ และยังสามารถนำไปใช้โดยตรงในด้านการวิจัยทางอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ผ่านเทคโนโลยีการรวมลำแสงที่แตกต่างกัน ซึ่งครอบครองตลาดขนาดใหญ่ในเลเซอร์ อุตสาหกรรม. ชิปหลอดเดียวเป็นอุปกรณ์หนึ่งหน่วยของแหล่งปั๊มเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง ลักษณะเฉพาะที่ครอบคลุมกำหนดกำลังแสงเอาท์พุต ประสิทธิภาพการแปลง และปริมาตรของโมดูลต้นทางสูบน้ำขั้นสุดท้าย ดังนั้นจึงกลายเป็นจุดเน้นของการวิจัยและพัฒนาและการวิจัยของเรา ด้วยการวิจัยเชิงทฤษฎีเชิงลึกของทีมวิจัย ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการเติบโตของวัสดุ และการพัฒนาเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ JTBYShield ได้ปรับปรุงกำลังเอาต์พุต อายุการใช้งาน ความน่าเชื่อถือ และแนวทางปฏิบัติของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงอย่างมาก ทำให้สั้นลงอย่างมาก เวลาระหว่างช่องว่างต่างประเทศ ในอนาคต เราจะไม่เพียงแค่สร้างความก้าวหน้าในเทคโนโลยีที่สำคัญเท่านั้น แต่ยังบรรลุถึงการพัฒนาอุตสาหกรรม และตระหนักถึงการแปลและการปรับให้เป็นอุตสาหกรรมอย่างเต็มรูปแบบของชิปและอุปกรณ์แหล่งที่มาของปั๊มเลเซอร์ระดับไฮเอนด์

ข้อมูลติดต่อ:

หากคุณมีความคิดใด ๆ โปรดอย่าลังเลที่จะพูดคุยกับเรา ไม่ว่าลูกค้าของเราจะอยู่ที่ไหนและความต้องการของเราคืออะไร เราจะทำตามเป้าหมายของเราเพื่อให้ลูกค้าของเราได้รับสินค้าคุณภาพสูง ราคาต่ำ และบริการที่ดีที่สุด