Способ определения ресурса работы инжекционных лазеров

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ"1753329 Союз Советских Сонналистических Республик(43) Опубликовано 30.12.81, Бюллетень48Госудорстееннык комитет СССР оо делам изобретений и открытий(45) Дата опубликования описания 30.12.81(71) Заявитель Институт физики АН Белорусской ССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА РАБОТЫ ИНЖЕКЦИОННЫХ ЛАЗЕРОВ1= коеа постоянная;энергия активации, определяющая температурную чувствитель-ность механизма, ответственногоза скорость старения инжекционных лазеров,постоянная Больцмана;абсолютная температура,где то -ЕаИзобретение относится к области полупроводниковой квантовой электроники . и может быть использовано для прогнозирования ресурса работы инжекционных лазеров, в частности гетеоолазеров, и матриц на их основе. Известен способ определения ресурса работы полупроводниковых компонентов, заключающийся в проведении ускоренных 10 испытаний при повышенной температуре..При этом способе образцы ставят на наработку при нескольких фиксированных температурах окружающей среды, например 40, 60,90 С, по уменьшению мощности 15 генерируемого излучения, например, в 2 раза, определяют срок их службы. Зависи-, мость срока службы 1 от температуры окружающей среды аппроксимируется выра, жением 20 и определяют величину Еа. По формуле (1)пересчитывают срок службы испытанныхобразцов на температуру, при которой эксплуатируются остальные образцы даннойпартии. Ресурс работы принимают одинаковым для образцов всей партии и равнымусредненному сроку службы испытанныхобразцов,Известный спосбб не позволяет получать надежные данные для образцов, ресурс работы которых имеет значительный-разброс,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения ресурса работы инжекционныхлазеров. включающий ускоренные испытания при повышенной температуре, проводимые на нескольких образцах, произвольно выбранных из партии, и кратковременные испытания, проводимые на всех остальных образцах из партии с целью определения начальной относительной скоростистарения,При ускоренных испытаниях образцыставят на наработку при нескольких фиксированных температурах окружающейсреды, например 40, 60, 90 С, по уменьшению мощности генерируемого излучения,например, в 2 раза, определяют срок ихслужбы, Зависимость срока службы от тем753329 10 пературы окружающей среды аппроксимируют выражением (1) и определяют величину Е,.Для определения начальной относительной скорости старения проводят кратковременные испытания, при которых ставят образцы на наработку и измеряют время,в течение которого мощность генерируемого излучения уменьшается на 5 - 25%.Ресурс работы для каждого образца из партии рассчитывают по начальной относительной скорости его старения. По форму-,ле (1) пересчитывают ресурс работы натемпературу, при которой эксплуатируютсяприборы,Однако существующий способ не позволяет получить надежные данные, снижаетна 5 - 25% ресурс работы инжекционныхлазеров во время кратковременных испытаний и требует длительного времени испытаний,Целью изобретения является уменьшение времени испытаний, увеличение ресурса работы за счет отказа от проведениякратковременных испытаний по начальнойскорости старения и повышение надежностипрогноза,Поставленная цель достигается тем, чтов известном способе, включающем опреде,ление энергии активации Е, по результатамускоренных испытаний 3 - 6 образцов пар.тии при нескольких фиксированных температурах окружающей среды, например 40,60, 90 С, снимают зависимость мощностигенерируемого излучения от, частоты следо: вания импульсов для всех образцов партиипри изменении частоты следования импульсов от 10 кГц до значений, при которыхмощность генерируемого излучения уменьшается на 5 - 25%, на этой частоте для401 - 5/о образцов определяют усредненноезначение срока их службы, а ресурс работы определяют по формуле:10 1000 ЬТ/Т 5 Еп. (2) 45п - сргде 1, - ресурс работы и-го образца причастоте следования импульсов /;1 ср - УсРедненное значение сРока 50службы для 1 - 50/о образцов;/ - частота следования импульсов,при котороймощность генерируемого излучения уменьшает.ся на 5 - 25/о, 55То - температура окружающей сре.ды, К,ЬТ - температура перегрева активной области при частоте следования ,; 50Е - энергия активацйи, определенная из ускоренных испытанийпри повышенной температур эВ;Р - безразмерная функция, учитывающая нелинейность завися 4мости ресурса работы от частоты следования импульсов /;и - номер образца в партии.Для 1 - ,5% образцов партии определяют усредненное значение срока их службы при 40 - 90 С, а ресурс работы определяется по формуле: пгп =ср у1101000(лт/лтфд + ьт/ ьт 1 5 Я где 1 срф - усредненное значение ресурсаработы, экспериментально определенное для 1 - 5/, образ-, цов при 40 - 90 С;/Тф = Т - Т;То - температура, при которой испытывались образцы.Зависимость мощности генерируемого .излучения снимают до частоты следования импульсов, прй которой величина мощности уменьшается на 5 - 25%, поскольку, с одной стороны, необходимо с достаточной точностью зафиксировать уменьшение мощности, с другой - дальнейшее увеличение частоты, как правило, вызывает деградаци 1 о инжекционных лазеров.Одной из причин, оказывающих существенное влияние на скорость старения инжекционных лазеров, является взаимодействие генерируемого излучения и инжекти-. руемых носителей заряда с дефектами и неоднородностями, расположенными в канале генерации и на его границах. Это вэаимодействие приводит к возникновению неоднородного поля температур и соответственно к локальному изменению ширины запрещенной зоны, что увеличивает поглощение генерируемого излучения и скорость роста дефектов. Инжекционные лазеры, у которых неоднородности более эффективно взаимодействуют с генерируемым излучением, имеют более низкую частоту /, при которой происходит уменьшение мощности излучения, например, на 20/,. Скорость рос. та дефектов для различных образцов из партии при частоте /как бы выравнивается, Вследствие этого, ресурс работы инжек ционных лазеров из одной партии на частоте / будет одинаковым и равным среднему значению ресурса работы, определенному для 1 - 5/, образцов,Формула (2) для определения ресурса работы 1 инжекционных лазеров на частоте следования импульсов / учитывает зависимость ресурса 1 от величины , импульсный нагрев активной области и температурную зависимость ресурса работы.П р и м е р. Испытания проводились на инжекционных лазерах с двойной гетеро- структурой на основе баАз - А 1 ба 1, Аз при рабочем токе, в 2 - 3 раза превышающем пороговый, Ресурс работы определялся для двух партий инжекциоиных лазеров,753329 Превышение над пороговым значением тока,раз/и 35 ЬТ 11 фцг. 1 показаны зависимости импульсной мощности Рот времени работы , сцтые при частоте следования импульсов, црц которой илпульсцая мощность уменьшалась на 20%, для б инжекционцых 5 лазеров, произвольно выбранных из 1 партии. Температура окружающей среды То = - 297 О КНесмотря на то, что частота следования импульсов и начальная мощность генери руемого излучения были различны, ресурс, работы для образцов 1 - б оказался примерно одинаковым и равным ,р -- 55 ч (ресурс работы определялся по началу быстрого уменьшения величины Р). 15На фиг. 2 приведены зависимости величины Рот времени работы для инжекционных лазеров 11 партии (образцы 7 - 9), снятые при частоте следования импульсов, соответствующей уменьшению мощности 20 генерируемого излучения ца 10%. Температура Т при которой проводились испытания, была равна 313 К. Ресурс работы 1, оказался равным 380 ч. В этом случае рессурс работы определяли по формуле (3), 25При этом значительно сокращается ,время испытаний. Формула изобретения1. Способ определения ресурса работы :инжекционных лазеров, включающий опре.ление энергии активации Е, по результатам ускоренных испытаний нескольких образ,цов партии при фиксированных значениях температуры окружающей среды, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения времени испытаний, снимают зависимость мощности генерируемогоизлучения от частоты следования импульсов для всех образцов партии при изменении частоты- от 10 кГц до значений, при которых мощность генерируемого излученИя уменьшается на 5 - 25%, на этой частоте для 1 - 5 ф образцов определяют усредненное значение срока их службы и ресурс работы по формуле: п 1 О 1 цОЬ 7 70 ф 5 Езл=ср Энергия активации Е, определенна с ускоренных испытаний при поцыцц ццой температуре, была равна 0,16 и 0,23 эВ соответственно для 1 и 11 партий. Температура импульсного персгрева ЬТ активной области рассчитывалась из услови, что уменьшение мощности генерируемого излучения на 1,2% соответствует овышсци.о температуры ца 1 К.Параметры инжекццокцых лазеров образцов 1 - 9 сведены в таблицу,Ресурс работы для остальных образцов 1 и 11 партий рассчитывался на частоту 1 = б кГц после определения величины при этом величина функции Р принималась равной 1. Использование предлагаемого способа определения ресурса работы ицжекццонцых лазеров по сравнению с существующими способами значительно уменьшает время испытаний, увеличивает ресурс работы за счет отказа от проведения кратковременных испытаний и повышает надежность прогноза.Параметры, при которых проводились испытания инжекционных лазеров.- ресурс работы и.го образца при частоте следования импульсов;в .усредненное значение ресурса работы для 1 - 5% образцов;- частота следования импульсов, при которой мощность генерируемого излучения уменыыается на 5 - 25%;- температура окружающей среды;- превышение температуры перегрева активной области при частоте 7" над температурой перегрева при частоте ; энергия активации, определяемая из ускоренных испытаний при повышенной температуре;безразмерный параметр, учитывающий нелинейность зависи, 753329мости ресурса работы от частотыследования импульсов;п - номер образца в партии.2, Способ по п. 1, отл и ч а ющи й с я тем, что для 1 - 5% образцов определяют. усредненные значения срока. их службы при 40 - 90 С.3. Способ по п.п. 1, 2, о тл и ч а ющи йс я тем, что ресурс работы определяется по формуле:п л -срХ 101 ооо(дт 1 т+ дтт д 5 егде ,рф - усредненное значение ресурса работы, экспериментально оп 5 ределенное для 1 - 5% образцов при 40 - 90 С;ЬТф - Т Т,Тоф - температура, при которой испытывались 1 - 5% образцов. Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе:1. Рейнольд. Тепловое старение полупроводниковых компонентов. ТИИЭР, 1974, т. 62,2, с, 105 - 119.2, Кгезе 1 Н. е 1 а 1. Ассеега 1 ед в 1 ер 1 егпрега 1 игц арчу о 1 А 1 ба, Аз Ье 1 его 1 цпе 11 оп 1 авегз сИос 3 ез Арр РЬуз 1.еп, 1978,.ч. 32,5, р. 305 в 3 (прототип).;Ге ректор С, файн араиенко ип. Харыс, фил. пред. Патеюэ П,Пйтент Яд,. Я 32-гъ аказ 27/30 . Изд. 0 ПО сПоискэ Государственног 1.13035, Мос653 Тираж б 34 Подписнокомитета СССР но делам изобретений и открытава, Ж, Раушская набд. 4/