Rote Laser erreichen mittlere Betriebsdauer von 10 Jahren bis zum Ausfall
Abb. 1: PUI-Kennlinien der Breitstreifenlaserdioden (100 µm x 1,5 mm) bei 15°C vor der Alterung
Fig. 2: Strom-Zeit-Alterungskennlinie. Der Strom wurde variiert, um die Ausgangsleistung von 1,1 W bzw. 1,2 W konstant zu halten
Diodenlaser mit Emissionswellenlängen von 650 nm haben vielfältige Einsatzgebiete, beispielsweise in der Medizin zur photodynamischen Krebstherapie oder in der Augenheilkunde, zum Pumpen von Femtosekundenlasern oder in der Displaytechnologie.
Im Vergleich zu Lasern im NIR-Bereich zwischen 730 und 1100 nm weisen rote Diodenlaser eine geringere interne Effizienz, eine höhere Temperaturempfindlichkeit von Schwellenstrom und Wirkungsgrad und eine schlechtere Wärmeabfuhr auf. Dies resultiert aus den geringeren Barrierenhöhen für Elektronen und Löcher im Materialsystem (Al)GaInP sowie der geringeren Wärmeleitfähigkeit dieses quaternären Materials im Vergleich zu AlGaAs. Damit werden hohe Anforderungen an Schichtdesign, Herstellungsprozess und eine Montage mit minimalem Wärmewiderstand gestellt.Forschungsnews
Die am FBH entwickelten roten Breitstreifenlaser (100 µm x 1,5 mm) mit einem GaInP Quantentrog, Al0,36Ga0,16In0,48P Wellenleiterschichten, einer AlInP n-Mantelschicht und Al0,85Ga0,15As p-Mantelschicht erreichen bei 15°C eine Ausgangsleistung von 2,5 W bei einem Konversionswirkungsgrad von 35%. AlGaAs kann als p-Mantelschicht mit Kohlenstoff sehr hoch dotiert werden. Während die p-Dotierung von AlGaInP mit Zink auf maximal 5 x 1017 cm-3 begrenzt ist, führt und die Dotierung mit Magnesium zu erheblichen Erinnerungseffekten. Al0.85Ga0.15As als p-Mantelschicht hat aber nicht nur einen geringeren elektrischen sondern auch einen geringeren thermischen Widerstand. Bei Aufbau mit der p-Seite nach unten auf Diamantträger mit AuSn-Lot wird ein thermischer Widerstand von nur 5 K/W erreicht.
Aus Alterungstests über 20.000 Stunden bei bis zu 1,2 W lässt sich mit der ermittelten Degradationsrate von 3x10-6 h-1 eine mittlere Betriebsdauer bis zum Ausfall von über 80.000 h bei 1,2 W extrapolieren. Dies übertrifft die bisher veröffentlichten Werte deutlich.
Publikationen:
B. Sumpf, J. Fricke, P. Ressel, M. Zorn, G. Erbert and G. Tränkle <link /fileadmin/fbh-berlin/english/ver11/pub68.htm _blank internal-link-new-window "Öffnet einen internen Link in einem neuen Fenster">"20 000 h reliable operation of 100 µm stripe width 650 nm broad area lasers at more than 1.1 W output power" Semicond. Sci. Technol., vol. 26, no. 105011 (2011).
B. Sumpf, M. Zorn, R. Staske, J. Fricke, P. Ressel, A. Ginolas, K. Paschke, G. Erbert, M. Weyers, G. Tränkle <link /fileadmin/fbh-berlin/english/ver07/pub67.htm _blank internal-link-new-window "Öffnet einen internen Link in einem neuen Fenster">"3-W Broad Area Lasers and 12-W Bars With Conversion Efficiencies up to 40% at 650 nm" IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., vol. 13, no. 5, pp. 1188-1193 (2007).
FBH-Forschung: 07.12.2011