Wpływ wzajemnego oddziaływania cieplnego emiterów promieniowania na pracę matrycy zbudowanej na bazie GaN

• Autorzy: Kuc M. , Sarzała R. P.

Warianty tytułu

EN

An impact on GaN-based array of thermal interplay between its emitters

• Konferencja: Krajowa Konferencja Elektroniki. Sesja Specjalna InTechFun POIG.01.03.01-00-159/08 (11. 11-14.06. 2012 ; Darłówko Wschodnie, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki modelowania zjawisk elektryczno-cieplnych występujących podczas pracy jednowymiarowych matryc laserów azotkowych. Przeprowadzona analiza numeryczna wskazała na problemy z umieszczeniem w matrycy większej liczby emiterów spowodowane zbyt niską efektywnością odprowadzania ciepła z ich obszarów czynnych. Prowadziło to do wysokich przyrostów temperatury we wnętrzu matrycy uniemożliwiając jej działanie. O temperaturach obszarów czynnych emiterów decydowała zarówno ich ilość, jak i wzajemne ich położenie w matrycy. Istotną rolę odgrywał przy tym efekt thermal crosstalk, który nie tylko prowadził do ogólnego zwiększenia temperatury w matrycy ale także, różnicując maksymalne temperatury obszarów czynnych, prowadził też do zróżnicowania gęstości prądów progowych poszczególnych emiterów. W celu obniżenia i ujednorodnienia temperatur emiterów, a tym samym zwiększenia ich liczby w matrycy, autorzy zaproponowali różne rozwiązania konstrukcyjne. Polegały one na wykorzystaniu diamentowych nakładek oraz dostosowaniu rozmiarów substratów matryc w celu zwiększenia wydajności transportu ciepła z matryc do miedzianej chłodnicy (heat sink'u).

EN

The paper presents results of the thermal-electrical calculations obtained for one-dimensional nitride laser arrays. Our analysis pointed out thermal problems with increasing emitter number in array. The limit results from too low effectiveness of array heat sinking. Active-region temperature increase in array emitters depends on both their number and their density. In the array, a temperature increase within the array emitter is caused not only by laser own heat sources located within its area but also by the thermal crosstalk effect between array emitters. This effect leads to both different active-region temperature increases and different threshold current densities of individual array emitters. To reduce temperature increases within active regions of array emitters, various design solutions are proposed increasing an efficiency of heat-flux transport from the array towards the copper heat sink. From among them, an application of the diamond heat spreaders and an increase in lateral sizes of the array substrate have been found to be the most efficient ones.

Słowa kluczowe

PL

analiza rozpływu ciepła; matryce emiterów półprzewodnikowych; substrat GaN; przekładka diamentowa

EN

heat flux spreading analysis; semiconductor emitter arrays; GaN substrate; diamond heat-spreader

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 53, nr 9
• Strony: 41--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kuc M.

autor

Sarzała R. P.

• Politechnika Łódzka, Wydział Fizyki Technicznej, Informatyki i Matematyki Stosowanej

Bibliografia

• [1] Hardy M. T., D. F. Feezell, S. P. DenBaars, S. Nakamura: Group III-nitrides lasers: a materials perspective. Materials Today, vol. 9, pp. 408-415, 2011.
• [2] Wiśniewski P., R. Czernecki, P. Prystawko, M. Maszkowicz, M. Leszczyński, T. Suski, I. Grzegory, S. Porowski, M. Marona, T. Świetlik, P. Perlin: Broad area, high power CW operated InGaN laser diodes. Proc. SPIE, vol. 6133, p. 61330Q, 2006.
• [3] Holc K., P. Wisniewski, M. Leszczyński, T. Suski, I. Grzegory, R. Czernecki, S. Grzanka, P. Perlin: Violet blue laser mini-bars. Phys. Stat. Sol. (c), vol. 6, pp. S837-S839, 2009.
• [4] Holc K., A. Sarzyńska, M. Boćkowski, R. Czernecki, M. Leszczyński, T. Suski, R. Kucharski, P. Perlin: InGaN mini-laser diode arrays with cw output power of 500 mW. Phys. Stat. Sol. (c), vol. 8, pp. 2348-2350, 2011.
• [5] Tang X., J. P. van der Ziel, A. K. Chin: Characterization of the Array Modes of High-Power Gain-Guided GaAs Single-Quantum-Well Laser Arrays. IEEE J. Quantum Electron., vol. 32, pp. 1417-1426, 1996.
• [6] Li H., I. Chyr, D. Brown, F. Reinhardt, O. Romero, C.-H. Chen, R. Miller, K. Kuppuswamy, X. Jin, T. Nguyen, T. Towe, T. Crum, C. Mitchell, T. Truchan, R. Bullock, E. Wolak, J. Mott, J. Harrison: Next-generation High-power, High-efficiency Diode Lasers at Spectra-Physics. Proc. SPIE, vol. 6824, p. 68240S, 2007.
• [7] Kuc M., R. P. Sarzała: Modelowanie cieplno-elektrycznych właściwości emiterów promieniowania i ich matryc opartych na materiałach azotkowych. Elektronika, vol. 9, pp. 66-69, 2011.
• [8] Perlin P., T. Świetlik, L. Marona, R. Czernecki, T. Suski, M. Leszczyński, I. Grzegory, S. Krukowski, G. Nowak, G. Kamler, A. Czerwiński, M. Plusa, M. Bednarek, J. Rybiński, S. Porowski: Fabrication and properties of GaN-based lasers. J. Cryst. Growth, vol. 310, pp. 3979-3982, 2008.
• [9] Chen P. H., C. L. Lin, Y. K. Liu, T. Y. Chung, C.-Y. Liu: Diamond Heat Spreader Layer for High-Power Thin-GaN Light-Emitting Diodes. IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 20, 845-847, 2008.
• [10] Kuc M., R. P. Sarzała: Thermal model of nitride edge-emitting laser diodes. Optica Applicata, vol. 39 pp. 663-672, 2009.
• [11] Oshima Y., T. Yoshida, T. Eri, M. Shibata, T. Mishima: Thermal and electrical properties of high-quality freestanding GaN wafers with high carrier concentration. Phys. Stat. Sol. (c), vol. 4, pp. 2215-2218, 2007.
• [12] Lee H. K., J. S. Yu, Y. T. Lee: Thermal analysis and characterization of the effect of substrate thinning on the performance of GaN-based light emitting diodes. Phys. Stat. Sol. (a), vol. 207, pp. 1497-504, 2010.