Површина на вертикална празнина што емитува ласер

Ласерот што емитува вертикална површина е нова генерација на полупроводнички ласер што брзо се развива во последниве години. Таканаречената „емисија на површината на вертикалната празнина“ значи дека насоката на емисијата на ласерот е нормална на рамнината на расцепување или површината на подлогата. Друг метод на емисија што одговара на него се нарекува „рабна емисија“. Традиционалните полупроводнички ласери прифаќаат режим на емитување на рабовите, односно насоката на емисијата на ласерот е паралелна со површината на подлогата. Овој тип на ласер се нарекува ласер што емитува рабови (EEL). Во споредба со EEL, VCSEL ги има предностите на добар квалитет на зракот, излез во еден режим, висока пропусност на модулација, долг животен век, лесна интеграција и тестирање, итн., па затоа е широко користен во оптички комуникации, оптички дисплеј, оптичко сензори и други полиња.

За да разбереме поинтуитивно и конкретно што е „вертикална емисија“, прво треба да го разбереме составот и структурата на VCSEL. Овде го воведуваме VCSEL ограничен со оксидација:

Основната структура на VCSEL вклучува од горе до долу: омска контактна електрода од P-тип, DBR допирана од P-тип, слој за затворање оксид, активен регион со повеќе квантни бунари, допирана DBR од N-тип, подлога и омска контактна електрода од N-тип. Еве еден пресек приказ на структурата VCSEL [1]. Активната област на VCSEL е сместена помеѓу DBR ретровизорите од двете страни, кои заедно формираат резонантна празнина Fabry-Pero. Оптичката повратна информација ја обезбедуваат DBR од двете страни. Обично, рефлексивноста на DBR е блиску до 100%, додека рефлексивноста на горниот DBR е релативно помала. За време на работата, струјата се инјектира низ оксидниот слој над активната област преку електродите од двете страни, што ќе формира стимулирано зрачење во активната област за да се постигне ласерски излез. Излезната насока на ласерот е нормална на површината на активната област, поминува низ површината на затворениот слој и се емитува од огледалото DBR со ниска рефлексија.

По разбирањето на основната структура, лесно е да се разбере што значи таканаречената „вертикална емисија“ и „паралелна емисија“. Следната слика ги прикажува методите на емисија на светлина на VCSEL и EEL соодветно [4]. VCSEL прикажан на сликата е режим со емитување на дното, а исто така има и режими со горно емитување.

За полупроводнички ласери, со цел да се вбризгаат електрони во активната област, активната област обично се поставува во PN спој, електроните се инјектираат во активната област преку N слојот, а дупките се инјектираат во активната област преку слојот P. Со цел да се добие висока ефикасност на лазирањето, активниот регион генерално не се допингува. Меѓутоа, во полупроводничкиот чип има нечистотии за време на процесот на растење, а активниот регион не е идеален внатрешен полупроводник. Кога инјектираните носачи се комбинираат со нечистотии, животниот век на носачите ќе се намали, што ќе резултира со намалување на ефикасноста на ласерот на ласерот, но во исто време ќе ја зголеми стапката на модулација на ласерот, па понекогаш активниот регион е намерно допингуван. Зголемете ја стапката на модулација додека обезбедувате перформанси.

Дополнително, можеме да видиме од претходниот вовед на DBR дека ефективната должина на шуплината на VCSEL е дебелината на активната област плус длабочината на пенетрација на DBR од двете страни. Активната област на VCSEL е тенка, а вкупната должина на резонантната празнина е обично неколку микрони. EEL користи емисија на рабовите, а должината на шуплината е генерално неколку стотици микрони. Затоа, VCSEL има пократка должина на шуплината, поголемо растојание помеѓу надолжните режими и подобри карактеристики на единечен надолжен режим. Покрај тоа, волуменот на активната површина на VCSEL е исто така помал (0,07 кубни микрони, додека EEL е генерално 60 кубни микрони), така што струјата на прагот на VCSEL е исто така помала. Сепак, намалувањето на волуменот на активната област ја намалува резонантната празнина, што ќе ја зголеми загубата и ќе ја зголеми густината на електроните потребна за осцилација. Неопходно е да се зголеми рефлексивноста на резонантната празнина, затоа VCSEL треба да подготви DBR со висока рефлексивност. . Сепак, постои оптимална рефлексивност за максимална излезна светлина, што не значи дека колку е поголема рефлексивноста, толку подобро. Како да се намали загубата на светлина и да се подготват ретровизори со висока рефлексија отсекогаш била техничка тешкотија.