Способ определения ресурса работы инжекционных лазеров

 

86796

ОЙ ИСААКИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Соав Советских

Социалистических

Ресиу">лик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.04.79 (21) 2759298/18-25 с присоединением заявки—

1 (23) Приоритст— (43) Опубликовано 07.02.82. Бюллетень № 5 (45) Дата опубликования описания 07.02.82 (51) М.Кл Н 01 $3/18

3осударственимй квинтет

СССР

fl0 делам нзайретений и открытий (53) УДК 621.375.8 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. В. Макрицкий, Н, Д. Жуков и С. A. Сосновский

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН Белорусской ССР (ill) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА

РАБОТЫ ИНЖЕКЦИОННЫХ ЛАЗЕРОВ

/, е к/

Изобретение относится к полупроводниковой квантовой электронике и может быть использовано для определения ресурса работы инжекционных лазеров, в частности гетеролазеров, работающих в непрерывном режиме.

Известен способ определения ресурса работы полупроводниковых компонентов, заключающийся в проведении ускоренных испытаний при повышенной температуре (Ц.

При этом способе образцы ставят на наработку при нескольких фиксированных температурах окружающей среды, напри- 15 мер 40, 60, 90 С, по уменьшению мощкости генерируемого излучения, например, в 2 раза, определяют срок их службы. Зависимость срока службы t от температуры окружающей среды аппроксимируется вы- 20 ражением где т0 — постоянная; 25

Е, — энергия активации, определяющая температурную чувствительность механизма, ответственного за скорость старения инжекционных лазеров;

К вЂ” постоянная Больцмана;

Т вЂ” абсолютная температура, и определяют величину Е„. По формуле (1) пересчитывают срок слу>кбы испытанных обр,азцов на температуру, при которой эксплуатируются остальные образцы данной партии. Ресурс работы принимают одинаковым для образцов всей партии и равным усредненному сроку службы испытанных образцов.

Известный способ не позволяет получать надежные данные для образцов, ресурс работы которых имеет значительный разброс.

Наиболее близким по технической сущ; ности к предлагаемому является способ определения ресурса работы инжекционных лазеров, включающий определение энергии активации по результатам ускоренных испытаний при фиксированной температуре, проводимые на нескольких образцах, произвольно выбранных из партии, измерение частоты следования импульсов, при которой мощность генерируемого излучения уменьшается на 5 — 25%, для всех образцов партии и испытания на ресурс работы, проводимые на этой частоте для 1 — 5% образцов с целью определения усредненного значения срока их службы (2).

786796

F t .f,f 101000ЛТ/T 5Е (2)

25 ресурс работы и-".о образца при частоте следования импульсов f; усредненное зна чение срока 30 службы для 1 — 5% образцов; частота следования импульсов, при которой мощность генерируемого излучения уменьшается на 5 — 25,, 35 температура окружающей среды, К; температура перегрева активной области при частоте следования f„;

40 энергия активации, определенная из ускоренных испытаний . прп повышенной температуре эВ; безразмерная функция, учитывающая нелинейность зависимости ресурса работы от частоты следования импульсов f. тде

t ср

To—

AT—

Е,—

Формула (2) для определения ресурс;: 50 работы („инжекционных лазеров на частоте следования импульсов f учитывает зависимость ресурса от величины /, температуры перегрева активной области и температуры окружающей среды. ":5

Однако существующий способ обладает тем недостатком, что в случае прогнозиоования инжекционных лазеров, работающих в непрерывном режиме, увеличение частоты следования импульсов вплоть до величин, соответствующих скважности, стремящейся к единице, не всегда приводит к заметному уменьшению мощности генерируемого излучения, что снижает надежность прогноза.

При ускоренных испытаниях образцы ставят на наработку при нескольких фиксированных температурах окружающей среды, например 40, 60, 90 С, определяют срок их службы, например, по началу быстрого уменьшения мощности генерируемого излучения. Зависимость срока службы от температуры окружающей среды аппроксимируют выражением (1) и определяют величину Е,.

Известный способ определения ресурса основан на том, что ресурс работы инжекционных лазеров из одной партии на частоте следования импульсов, соответствующей уменьшению мощности генерируемого 15 излучения, например, на 20%, принимается одинаковым и равным среднему значению ресурса, определенного для 1 — 5% образцов.

Определение ресурса работы проводят по формуле:

Целью изобретения является повышение надежности прогноза и упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем определение энергии активации Е, по результатам ускоренных испытаний нескольких образцов партии при фиксированных значениях температуры окружающей среды, измеряют мощность генерируемого излучения в момент включения постоянного тока и через время, за которое температура активной области достигает своего стационарного значения, для всех образцов партии, для выбранных образцов, имеющих одинаковую температуру перегрева активной области, определяют усредненное значение срока их службы и ресурс работы определяют по формуле:

1P1000(AT — 1Тп, То )5Еа (3) где t — ресурс работы и-го образца;

4р — усредненное значение срока службы для 1 — 5% образцов;

AT — температура перегрева, активной области 1 — 5% образцов;

Х҄— температура перегрева активной области и-ro образца;

Т, — температура окружающей среды, К;

F. — ="íåðãèÿ активации, определенная из ускоренных испытаний при повышенной температуре, эВ.

Усредненное значение ресурса работы может быть определено по результатам ускоренных испытаний для выбранных образцов путем пересчета их срока службы к температуре окружающей среды по формуле:

1(= 1 ° 10 000 ° ЬТс" Тою" "" 5Еа (4) где /; и t" — ресурс работы, i-го образца при температуре окружающей среды Т, и

T»" соответственно, To;" — температура, при которой проводились испытания Ыо образца, Т = То, — То

Пример . Определение ресурса работы проводилось на 6-ти лазерных диодах с двойной гетероструктурой на основе системы GaAs — A!,G,As, работающих в непрерывном режиме, После включения постоянного тока через образец происходит нагрев активной области и соответственно уменьшение мощности генерируемого излучения. В течение времени, равного постоянной релаксации тепла (30 — 50 мкс), температура активной области и мощность генерируемого излучения выходят на стационарный режим.

Измеряют мощность в момент включения постоянного тока и в стационарном режиме.

786796

Температура перегрева активной облас"ти рассчитывалась по относительному уменьшению мощности генерируемого из..лучения из условия, что уменьшение мощности на 1,2% соответствует повышекию температуры на 1 К.

Ускоренные испытания проводились на образцах № 1, 2, 3, имеющих одинаковую температуру перегрева активной области (AT = 26 К), соответственно при температуре 293, 313, 333 К. Ресурс работы определялся по уменьшению мощности генерируемого излучения в 2 piazza. Энергия активации, определенная из ускоренных испытаний, Е, = 0,9 эВ.

Ресурс работы образцов № 2, 3 был пересчитан на температуру окружающей среды То — — 293 К по формуле (4). Усредненное значение ресурса t,ð = 56 ч для образцов,№ 1, 2, 3.

Ресурс работы образцов № 4, 5, 6 был рассчитан по формуле (3). Фактический срок службы был получен путем испытаний образцов на долговечность. Погрешность определения ресурса работы не превышает 30%.

Использование предлагаемого способа определения ресурса работы инжекционных лазеров обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: повышает надежность прогноза, упрощает способ и дает существенный экономический эффект.

Формула изобретения

Способ определения ресурса работы инжекционных лазеров, работающих в непрерывном режиме, включающий определегде 1„— ресурс работы п-.ãî образца партии;

t,ð — усредненное значение срока службы для 1 — 5% образцов;

AT — температура перегрева активной области 1 — 5% образцов;

AT„— температура перегрева активной области п-го образца;

То — температура окружающей среды;

Е, — энергия активации, определенная из ускоренных испытаиий при повышенной температуре.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

30

1. Д. Рейнольдс. Тепловое старение полупроводниковых компонентов. ТИИЭР, 1974, т. 62, № 2, с. 105.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2691935/18-25, кл. Н 01 $, 3/18, 1978 (прототип). ние энергии активации по результатам ус.коренных испытаний образцов партии при фиксированных значекиях температуры окружающей среды, отличающийся тем, 5 что, с целью повышения надежности измерений, измеряют мощность генерируемого излучения в момент включения постоянного тока и через время, за которое температура активной области достигает стационарного значения, для всех образов партии и для 1 — 5% образцов, имеющих одинаковую температуру перегрева активной области, определяют усредненное значение срока службы и ресурс работы по формуле:

101000(ЛТ вЂ” ЬТ„, Т„ )5Е и ср Ф