zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1764Research ArticleПРИБОРЫ И МЕТОДЫ СПЕКТРОСКОПИИDEVICES AND METHODS OF SPECTROSCOPYОпределение температуры и теплового сопротивления мощных лазерных AlInGaN-диодов методом релаксации прямого напряженияDETERMINATION OF TEMPERATURE AND THERMAL RESISTANCE OF HIGH-POWER AlInGaN LASER DIODES BY FORWARD VOLTAGE RELAXATION METHODАладовА. В.AladovA. V.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

aaladov@mail.ioffe.ruЗакгеймА. Л.ZakgeimA. L.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ИвановА. Е.IvanovA. E.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ЧерняковА. Е.ChernyakovA. E.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

НТЦ микроэлектроники РАНScientific and Technical Center of Microelectronics RASНТЦ микроэлектроники РАН; Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАНScientific and Technical Center of Microelectronics RAS; Ioffe Physical-Technical Institute RAS202507022025921120125Copyright © Аладов А.В., Закгейм А.Л., Иванов А.Е., Черняков А.Е., 20252025Аладов А.В., Закгейм А.Л., Иванов А.Е., Черняков А.Е.Aladov A.V., Zakgeim A.L., Ivanov A.E., Chernyakov A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1764

Предложен усовершенствованный метод определения температуры лазерного диода и теплового сопротивления основных элементов эквивалентной тепловой цепи, базирующийся на измерении переходной термочувствительной характеристики — прямого напряжения на p-n-переходе в ответ на скачкообразное воздействие греющего токового импульса. Экспериментально исследованы и проанализированы отдельные составляющие и общее тепловое сопротивления лазерного диода. Установлено, что основной вклад в общее тепловое сопротивление, которое составило ~7.4 К/Вт, вносят собственно слой лазерного кристалла от p-n-перехода до нижней плоскости (~2.8 К/Вт) и AlN-коммутационная теплопроводящая подложка (~2.6 К/Вт), для которых не просматриваются пути дальнейшего снижения. Показано, что без значительного перегрева ΔT < 40 К реализуется непрерывный режим работы с шестикратным превышением порога до I ≈ 2 A и мощностью генерации P ≈ 2.5 Вт, КПД ≈ 30 % и дифференциальным квантовым выходом η ≈ 60 %. 

An improved method for determining the temperature of a laser diode and the thermal resistance of the main elements of an equivalent thermal circuit based on measuring transient temperature-sensitive characteristics of direct voltage at the p-n junction in response to a step-like effect of a heating current pulse is proposed. The individual components and the total thermal resistance of the laser diode were experimentally studied and analyzed, the latter was ~7.4 K/W. It was found that the main contribution to the total thermal resistance is made by the laser crystal layer itself from the p-n junction to the lower plane (~2.8 K/W) and the AlN-switching thermal conductive substrate (~2.6 K/W), for which no further reduction paths are visible. At the same time, it was shown that without significant overheating ΔT < 40 K, a continuous mode of operation is realized with 6 times exceeding the threshold I ≈ 2 A and generation power P ≈ 2.5 W, efficiency ~30 % and differential quantum output η ≈ 60 %. 

лазерный диодp-n-переходтемпература лазератепловое сопротивление лазератермочувствительный параметрструктурные функцииоптическая мощностьКПДlaser diodep-n junctiontemperature of laserthermal resistance of lasertemperaturesensitive parameterstructural functionsoptical powerefficiencyReferencesZh. Zhong, Sh. Lu, J. Li, W. Lin, K. Huang, Sh. Li, D. Cai, Ju. Kang. Opt. Laser Tech., 139 (2021) 106985Zh. Zhong, Sh. Lu, J. Li, W. Lin, K. Huang, Sh. Li, D. Cai, Ju. Kang. Opt. Laser Tech., 139 (2021) 106985A. L. Zakgeim, A. V. Aladov, A. E. Ivanov, N. A Talnishnikh, A. E. Chernyakov. Tech. Phys. Lett., 48, N 7 (2022) 29—31A. L. Zakgeim, A. V. Aladov, A. E. Ivanov, N. A Talnishnikh, A. E. Chernyakov. Tech. Phys. Lett., 48, N 7 (2022) 29—31A. V. Aladov, A. L. Zakgeim, A. E. Ivanov, A. E. Chernyakov. Light Eng., 31, N 12 (2023) 50—56A. V. Aladov, A. L. Zakgeim, A. E. Ivanov, A. E. Chernyakov. Light Eng., 31, N 12 (2023) 50—56А. В. Аладов, А. Л. Закгейм, А. Е. Иванов, А. Е. Черняков. Журн. прикл. спектр., 91, № 2 (2024) 204—209 [A. V. Aladov, A. L. Zakgeim., A. E. Ivanov, A. E. Chernyakov. J. Appl. Spectr., 91, N 2 (2024) 286—291]А. В. Аладов, А. Л. Закгейм, А. Е. Иванов, А. Е. Черняков. Журн. прикл. спектр., 91, № 2 (2024) 204—209 [A. V. Aladov, A. L. Zakgeim., A. E. Ivanov, A. E. Chernyakov. J. Appl. Spectr., 91, N 2 (2024) 286—291]B. Heinen, F. Zhang, M. Sparenberg, B. Kunert, M. Koch, W. Stolz. IEEE J. Quantum Electron., 48, N 7 (2012) 934—940B. Heinen, F. Zhang, M. Sparenberg, B. Kunert, M. Koch, W. Stolz. IEEE J. Quantum Electron., 48, N 7 (2012) 934—940A. S. Payusov, A. A. Beckman, G. O. Kornyshov, Yu. M. Shernyakov, M. V. Maximov, N. Yu. Gordeev. Semiconductors, 56, N 12 (2022) 919—924A. S. Payusov, A. A. Beckman, G. O. Kornyshov, Yu. M. Shernyakov, M. V. Maximov, N. Yu. Gordeev. Semiconductors, 56, N 12 (2022) 919—924Ф. И. Зубов, Ю. М. Шерняков, А. А. Бекман, Э. И. Моисеев, Ю. А. Салий, М. М. Кулагина, Н. А. Калюжный, С. А. Минтаиров, А. В. Николаев, Е. В. Шерстнев, М. В. Максимов. ФТП, 57, № 9 (2023) 767—772Ф. И. Зубов, Ю. М. Шерняков, А. А. Бекман, Э. И. Моисеев, Ю. А. Салий, М. М. Кулагина, Н. А. Калюжный, С. А. Минтаиров, А. В. Николаев, Е. В. Шерстнев, М. В. Максимов. ФТП, 57, № 9 (2023) 767—772L. Deng, T. Li, Zh. Wang, P. Zhang, Sh. Wu, J. Liu, Ju. Zhang, L. Chen, Jia. Zhang, W. Huang, R. Zhang. Electronics, 13, N 1 (2024) 203L. Deng, T. Li, Zh. Wang, P. Zhang, Sh. Wu, J. Liu, Ju. Zhang, L. Chen, Jia. Zhang, W. Huang, R. Zhang. Electronics, 13, N 1 (2024) 203A. E. Chernyakov, K. A. Bulashevich, S. Yu. Karpov, A. L. Zakgeim. Phys. Status Solidi (a), 210, N 3 (2013) 466—469A. E. Chernyakov, K. A. Bulashevich, S. Yu. Karpov, A. L. Zakgeim. Phys. Status Solidi (a), 210, N 3 (2013) 466—469Y. Wang, A. Qi, Y. Wang, H. Qu, W. Zheng. Electron. Lett., 57, N 2 (2021) 564—566Y. Wang, A. Qi, Y. Wang, H. Qu, W. Zheng. Electron. Lett., 57, N 2 (2021) 564—566https://www.mentor.com/products/mechanical/micred/t3ster/https://www.mentor.com/products/mechanical/micred/t3ster/V. Székely. Microelectronics J., 28, N 3 (1997) 277—292V. Székely. Microelectronics J., 28, N 3 (1997) 277—292G. Farkas, S. Haque, F. Wall, P. S. Martin, A. Poppe, Q. van Voorst Vader, G. Bogná. Proc. Twentieth Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium, 11—11 March 2004, San Jose, CA, USA, IEEE (2004) 168—176G. Farkas, S. Haque, F. Wall, P. S. Martin, A. Poppe, Q. van Voorst Vader, G. Bogná. Proc. Twentieth Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium, 11—11 March 2004, San Jose, CA, USA, IEEE (2004) 168—176

The authors declare that there are no conflicts of interest present.