Đang tải... (xem toàn văn)
Mô phỏng đặc tính của VCSEL dùng phần mềm ATLAS (có code)............. Mô phỏng đặc tính của VCSEL dùng phần mềm ATLAS (có code)............. Mô phỏng đặc tính của VCSEL dùng phần mềm ATLAS (có code)............. Mô phỏng đặc tính của VCSEL dùng phần mềm ATLAS (có code)............. Mô phỏng đặc tính của VCSEL dùng phần mềm ATLAS (có code).............
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ PHỎNG ĐẶC TÍNH CỦA VCSEL DÙNG PHẦN MỀM ATLAS MỤC LỤ DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Linh kiện bán dẫn 1.1.2 Laser .1 1.1.3 Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) .2 1.2 Mục đích đề tài CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ VCSEL 2.1 Giới thiệu chung linh kiện bán dẫn 2.1.1 Mối nối PN không phân cực 2.1.2 Mối nối PN phân cực thuận 2.1.3 Mối nối PN phân cực nghịch 2.2 Tìm hiểu sơ lược Laser 2.2.1 Lịch sử Laser 2.2.2 Các khái niệm vật lý Laser .6 2.2.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Laser 2.2.4 Đặc tính laser 2.2.5 Công suất laser hệ thống vật liệu cấu tạo nên laser 10 2.2.6 Một số ứng dụng quan trọng Laser 13 2.3 VCSEL 16 2.3.1 Sơ lược lịch sử .16 2.3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 17 2.3.3 Đặc tính kĩ thuật 17 2.3.4 Ứng dụng 23 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ATLAS 26 3.1 Giới thiệu 26 3.2 Cấu trúc lệnh 27 3.2.1 Mesh 27 3.2.2 Region 28 3.2.3 Material 28 3.2.4 Electrode .28 3.2.5 Chỉ định mơ hình vật lý 29 3.3 Mô 30 3.3.1 Xác định lưới (chia lưới) 31 3.3.2 Xác định khu vực .32 3.3.3 Chỉ định điện cực .33 3.3.4 Chọn mơ hình tính tốn .34 3.3.5 Chỉ định tham số vật liệu .35 CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ .36 4.1 Ảnh hưởng số lớp tới nhiệt độ tỏa bên VCSEL 36 4.2 Ảnh hưởng số lớp đến đặc tính điện VCSEL 38 4.4 Tổng kết 42 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 43 5.1 Kết luận 43 5.2 Hướng phát triển 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC 46 DANH MỤC CÁC HÌNH Ả Hình - 1: Bán dẫn PN không phân cực [1] Hình - 2: Bán dẫn PN phân cực thuận .4 Hình - 3: Bán dẫn PN phân cực nghịch Hình - 4: Phát xạ tự phát .6 Hình - 5: Phát xạ cảm ứng Hình - 6: Cấu tạo phát Laser [5] Hình - 7: Hình ảnh bước sóng loại laser [7] .11 Hình - 8: Bước sóng số loại vật liệu bán dẫn nhóm III liên kết nhóm V .12 Hình - 9: Laser cường độ mạnh dùng cắt vật liệu xác nhanh chóng.[4] 14 Hình - 10: Đĩa CD [6] 15 Hình - 11: Cấu tạo buồng phát VCSEL [3] 18 Hình - 12: Phản xạ truyền tải cường độ ánh sáng giao diện hai vật liệu với số chiết suất thực khác n0 n1 tỷ lệ bình thường .20 Hình - 13: Phản xạ truyền dẫn cho cường độ ánh sáng hệ thống ba lớp cho tỷ lệ bình thường Khơng phải tất tia sáng hiển thị 21 Hình - 14: Sơ đồ bố trí cấu trúc Bragg (DBR) phân bố bề mặt có khơng khí đỉnh a Tất cặp gương DBR giống nhau; b nhiều hai số khúc xạ khác sử dụng ngăn xếp DBR, thêm λ / 2-lớp không hoạt động quang thêm vào 23 Hình - 15: Chuột quang khơng dây [9] 24Y Hình - 1: Giao diện chương trình (DeckBuild) 26 Hình - 2: Cấu trúc VCSEL lớp .33 Hình - 1: Sự khác lớp lớp .36 Hình - 2: Sự khác lớp lớp .37 Hình - 3: Sự khác tính chất điện 38 Hình - 4: Cường độ điện trường cấu trúc VCSEL .39 Hình - 5: Biểu đồ lượng 40 Hình - 6: Tỉ lệ tái tổ hợp kích thích 41 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng - 1: Kết tính chất quang điện VCSEL 42 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Al Aluminium As Arsenide VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser DBR Distributed Bragg reflector Ga Gallium In Indium P Phosphide Si Silic HCG High contrast gratings (Rào chắn có độ tương phản cao) HCS Hard Clad Silica (Lớp phủ Silic thô) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1/51 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Linh kiện bán dẫn Thế kỷ 21, kỷ công nghệ đại Hiện giới sống người kèm với cơng nghệ, ví dụ như: điện thoại, máy tính, máy móc, thiết bị phục vụ sinh hoạt sản xuất… Mà tất thứ nêu có hay nhiều linh kiện bán dẫn làm linh kiện thiết kế Vậy linh kiện bán dẫn có tác dụng thiết bị thông minh ngày ta tìm hiểu chương để tài Một hướng phát triển quan trọng linh kiện bán dẫn linh kiện quang điện tử gồm laser, LED, photodiode pin mặt trời, laser có tầm quan trọng to lớn việc nghiên cứu nhà khoa học nhằm ứng dụng vào lĩnh vực sống y tế, khoa học, công nghệ, viễn thông quân sự… Đối với laser linh kiện bán dẫn có cấu tạo từ vật liệu khác tạo nên loại laser có bước sóng ánh sáng phát khác Mà bước sóng mà ánh sáng laser phát ứng dụng vào mục đích khác nhau, nên linh kiện bán dẫn đóng vai trò quan trọng việc chế tạo nên loại laser khác 1.1.2 Laser Ánh sáng tự nhiên ánh sáng nhân tạo thông thường tạo có thay đổi lượng mức nguyên tử phân tử, trình xảy mà khơng cần có can thiệp từ bên Tuy nhiên, ánh sáng nhân tạo xảy tồn nguyên tử hay phân tử giữ lượng dư thừa bị kích thích phải phát lượng dạng ánh sáng Tính chất đặc biệt ánh sáng laser Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2/51 khiến cho kĩ thuật laser trở thành cộng cụ thiết yếu mặt đời sống hàng ngày, viễn thơng, giải trí, sản xuất y khoa 1.1.3 Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) laser phát xạ mặt với cộng hưởng thẳng đứng biết đếnphát triển từ lâu, ứng dụng lĩnh vực truyền thông liệu Tuy nhiên đặc tính phát xạ đặc biệt khơng dừng lại ứng dụng mà mở rộng ứng dụng có tiềm khác chuột quang máy tính đồng hồ nguyên tử hay cảm biến VCSEL loại laser cho phép nhà sản xuất kiểm định chất lượng trước cắt chẻ kèm theo việc dễ dàng thay đổi thơng số theo yêu cầu sản xuất 1.2 Mục đích đề tài Với ưu điểm VCSEL trên, đề tài nhằm tìm hiểu sâu VCSEL em sẽ: Tìm hiểu cấu trúc, ngun lý, tính chất ứng dụng VCSEL Tìm hiểu phần mềm mơ ATLAS Phân tích đặc tính VCSEL thông qua việc thay đổi thông số cấu trúc vật liệu VCSEL trình mơ phần mềm ATLAS Các đặc tính mà ta quan tâm đặc tính quang, nhiệt điện VCSEL Sự thay đổi cấu trúc VCSEL thay đổi đặc tính Từ rút nhận xét kết luận đặc tính VCSEL Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/51 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ VCSEL 2.1 Giới thiệu chung linh kiện bán dẫn Linh kiện bán dẫn hay phần tử bán dẫn linh kiện điện tử sử dụng nhằm khai thác tính chất điện tử vật liệu bán dẫn ví dụ như: silic, germani hay gallium arsenide… chất bán dẫn hữu Linh kiện bán dẫn trang trạng thái rắn (solid state) sử dụng để dẫn truyền điện tử (solid state), trái ngược với trạng thái truyền điện tử phát xạ nhiệt hay khí chân khơng cao đèn điện tử chân khơng Vì linh kiện bán dẫn thay linh kiện ion nhiệt hầu hết ứng dụng Các linh kiện bán dẫn sản xuất hai dạng linh kiện rời mạch tích hợp (IC) Trong IC có hai hàng tỷ linh kiện, gia công kết nối với bán dẫn wafer Linh kiện bán dẫn hình thành dựa mối PN, ta tìm hiểu sơ qua loại mối nối 2.1.1 Mối nối PN khơng phân cực Hình - 1: Bán dẫn PN không phân cực [1] Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 37/51 Hình - 2: Sự khác lớp lớp Dựa vào hình ảnh ta có nhận xét sau: Hình - 1, ta thấy nhiệt độ VSEL đạt mức tối đa vào khoảng 307.8K cấu trúc có lớp đạt 306K lớp Và kèm theo dòng điện max mà cấu trúc lớp đạt ngưỡng 0.034 A lớp 0.038A Còn nhìn vào hình – 2, ta thấy hai đường đồ thị hoàn toàn trùng Như vậy, nhiệt độ tỏa VCSEL hoạt động phụ thuộc vào số lớp Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 38/51 4.2 Ảnh hưởng số lớp đến điện trở điện áp, dòng điện cấu trúcđặc tính điện VCSEL Hình - 3: Sự khác tính chất điện Thơng qua hình - 3, ta thấy ba đường đồ thị trùng Điểm khác biệt dòng I tăng từ 0.001 có thay đổi điện trở Đối với cấu trúc có lớp điện trở đạt mức cao so với lớp, cấu trúc có lớp điện trở không thay đổi Hai đường đồ thị gần trùng vào nhau, khác thời điểm mà VCSEL bắt đầu phát ánh sáng Mô đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 39/51 Hình - 4: Cường độ điện trường cấu trúc VCSEL Ta thấy cường độ điện trường tập trung chủ yếu vào phần lớp quantumnwell nhiều phía bề mặt lớp DBR top Đây nơi phát ánh sáng nơi có thay đổi mức lượng liên tục phân tử nên mật độ điện trường tập trung cao điều dễ hiểu Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 40/51 4.3 Ảnh hưởng số lớp đến lượng phát ra.đặc tính quang VCSEL Hình - 5: Biểu đồ lượng Trong hình - có ba đường đồ thị, đường màu xanh dương biểu thị cấu trúc lớp, ta dễ dàng thấy ràng lượng phát Nghĩa VCSEL không hoạt động trường hợp sử dụng lớp quantum-well Đường màu đỏ biểu thị cho cấu trúc lớp, ta thấy lượng phát cao so với hai cấu trúc lại Đường thứ ba biểu thị cấu trúc lớp, lượng phát sớm vớicó dòng ngưỡng I thấp nhất, trình hoạt động tổng lượng phát thấp so với cấu trúc lớp Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 41/51 Hình - 6: Tỉ lệ tái tổ hợp kích thích Ta thấy tỉ lệ tái tổ hợp kích thích có tốc độ cao tập trung vào lớp quantumnwell hình – Nguyên nhân tập trung tỉ lệ tái tổ hợp kích thích phần giếng lượng tử nơi mà trao đổi electron diễn ra, phát xạ ánh sáng diễn Việc cung cấp nguồn nuôi giúp cung cấp photon liên tục nhằm giúp trình phát xạ kích thích diễn liên tục giếng lượng tử Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 42/51 4.4 Tổng kết Bảng - 1: Kết tính chất quang điện VCSEL Số lớp Tính chất quang Nhiệt độ tỏa Năng lượng Tính chất điện Dòng ngưỡng (A) (K) (W) 306 0,001 307,8 0,035 0,003 307,8 0,04 0,002 Dựa vào bảng tổng kết ta rút kết luận sau: Điện trở (Ohm) 32 36 37 Khi sử dụng cấu trúc có số lớp hay số giếng quantumnwell nhiệt độ tầm 306K có tăng nhẹ ta tăng số lớp lên thành hay lớp Như vậy, số lớp không ảnh hưởng nhiều đến nhiệt độ ta tăng từ đến lớp Đối với vấn đề lượng ta thấy rõ ràng khơng có lượng phát có lớp (thực tế có mức lượng gần không nên ta không xét đến) Khi tăng số lớp thêm hay lớp ta dễ dàng thu mức lượng đạt mức từ 0,035 0,04 Tuy nhiên, có khác biệt lớp cấu trúc cấu trúc lớp ta thu mức lượng cao so với cấu trúc lớp Nhưng cấu trúc lớp u cầu dòng ngưỡng cao so với cấu trúc lớp Điện trở nội thiết bị phụ thuộc vào số lớp mà ta sử dụng để chế tạo thiết bị Ta thấy giá trị điện trở nội tăng lên ta tăng số lớp CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 43/51 VCSEL loại laser có khả thay đổi tính chất quang điện cách dễ dàng Khi thay đổi số lớp quantumwell ta thay đổi nhiệt độ, lượng phát VCSEL, dòng ngưỡng định mức để phát ánh sáng, tiêu hao điện nguồn nuôi Đối với mô đầu tiên, sử dụng code với model “lat.temp” tức mơ hình tốn nhiệt độ Ta thấy nhiệt độ VCSEL thay đổi không đáng kể ta cho chạy mô từ bốn lớp lớp Nhiệt độ VCSEL lớp hoàn tồn khơng có thay đổi Vì ta rút kết luận rằng: thay đổi số lớp không ảnh hưởng nhiều đến nhiệt độ tỏa bên thiết bị Đối với mô thứ hai, ta sử dụng mơ hình tốn học để tính tốn lượng phát tính chất điện VCSEL Đầu tiên, xét lượng phát ta thấy rằng, sử dụng lớp quantumwell lượng gần không, tương đương với VCSEL không hoạt động Còn với hai trường hợp dùng lớp lượng thu cao Tuy nhiên, có khác biệt hai trường hợp là: lớp ta thấy ánh sáng phát với dòng điện ngưỡng thấp so với lớp, trường hợp trường hợp lớp ta thu mức lượng cao so với sử dụng lớp Khi số ta tăng số lớp cấu tạo nên VCSEL cao ta đồng thời làm tăng giá trị điện trở nội thiết bị Nguyên lý hoạt động giếng lượng tử giam giữ electron qua trình dịch chuyển dòng điện, tượng làm giảm khả truyền điện thiết bị dẫn đến cản trở dòng điện Vậy việc tăng số giếng lượng tử làm tăng điện trở nội Kết luận, sau trình mơ ta thấy việc sử dụng VCSEL với lớp quantumwell cho ta mức lượng thu cao hơn, nhiệt độ không cao, lượng điện cho nguồn nuôi nhỏ 5.2 Hướng phát triển Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 44/51 Để có sản phẩm VCSEL có chất lượng tốt với tiêu thụ nguồn lượng thấp dẫn đến chi phí sử dụng thấp cần phải tìm tòi nghiên cứu thêm cấu trúc vật liệu loại vật liệu bán dẫn tốt hơnđể tối ưu hóa thơng số đầu VCSEL Để có kết tốt cơng việc ta cần chọn loại VCSEL phù hợp với yêu cầu sử dụng nhằm tiết kiệm chi phí lại mang lại hiệu tốt Một số hướng phát triển - VCSEL loại laser có độ đơn sắc cao nhờ thiết kế gồm nhiều lớp DBR có độ phản xạ lớn 99,8% vật liệu tạo nên giếng lượng tử hoạt động khoảng bước sóng cố định dẫn đến việc bước sóng ánh sáng phát ln ổn định Vì ta cần nghiên cứu thêm loại vật liệu có bước - sóng nằm khoảng khác phù hợp với mục đích sử dụng khác Dựa mục đích sử người dùng mà ta quan tâm đến số đặc tính điện quang VCSEL Từ ta thiết kế VCSEL với cấu trúc thích hợp nhất, VCSEL hoạt động tốt với thiết kế có từ lớp trở lên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]http://www.ledcuatui.com/kien-thuc-led/243-kien-thuc-co-ban-ve-denled-chieu-sang.html [2]https://voer.edu.vn/c/dong-dien-trong-noi-p-n-khi-duoc-phancuc/749e7bb6/b6c5ebbf [3] https://laserpointerforums.com/f54/vcsel-explained-70630.html Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 45/51 [4]http://giaconghiepphat.com/san-pham/gia-cong-cat-kim-loai-tu-02mm-2643/html [5] https://en.wikipedia.org/wiki/Laser [6]http://www.intevac.com/thin-film/hard-drive-media/heat-assistedmagnetic-recording-hamr/ [7]] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Commercial_laser_lines.svg [8] https://vi.wikipedia.org/wiki/Linh_ki%E1%BB%87n_b%C3%A1n_d %E1%BA%ABn#cite_note-1 [9] https://vn.anewshow.com/chuot-khong-day-trang-den/ [10]http://thptdoanket-tanphu.edu.vn/bvct/thptdoanket-tanphu-truongdoan-ket-truong-doan-ket-tan-phu/686/laze-va-cac-ung-dung-mai-khaihoan.html PHỤ LỤC CODE dùng để đánh giá ảnh hưởng số lớp tới nhiệt độ # (c) Silvaco Inc., 2015 go atlas # VCSEL Example # This device is based on: # Piprek, Joachim, "Modeling and optimization of 1.54um double-fused # VCSELs for cw operation above room temperature," SPIE Vol 2693: # Physics and Simulation of Optoelectronic Devices IV, 1996 # Define CYL on MESH statement for cylindrical symetry options verbose mesh cyl auto # X Mesh lines (Note Y lines defined by region statements) x.mesh location=0 spacing=0.5 x.mesh location=6 spacing=0.5 # Define top regions going up from y=0 Mô đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 46/51 # spacers region material=GaAs thick=0.01 sy=0.005 accept=4e19 top region material=GaAs thick=0.02 sy=0.01 accept=4e17 top # top DBR dbr half.cyc=60 thick1=0.1157 thick2=0.1273 n1=3 n2=3 mat1=GaAs mat2=AlGaAs x2.comp=0.67 na1=4e17 na2=4e17 top # top contact regions region material=GaAs thick=0.184 sy=0.02 accept=4e17 top region material=GaAs thick=0.02 sy=0.01 accept=2e19 top # active regions starting at y=0 down # (wells are defined later in MQW statement) region material=InP thick=0.178 sy=0.04 accept=1e18 bottom region material=InP thick=0.1 sy=0.05 accept=1e16 bottom region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InGaAsP thick=0.0055 x.comp=0.24 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom \ qwell well.nx=12 well.ny=99 region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InGaAsP thick=0.0055 x.comp=0.24 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom \ qwell well.nx=12 well.ny=99 region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InGaAsP thick=0.0055 x.comp=0.24 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom \ qwell well.nx=12 well.ny=99 region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InGaAsP thick=0.0055 x.comp=0.24 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom \ qwell well.nx=12 well.ny=99 region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InGaAsP thick=0.0055 x.comp=0.24 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom \ qwell well.nx=12 well.ny=99 region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InGaAsP thick=0.0055 x.comp=0.24 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom \ qwell well.nx=12 well.ny=99 region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InP thick=0.258 sy=0.04 donor=5e18 bottom region material=GaAs thick=0.05 sy=0.025 donor=1e18 bottom # bottom DBR dbr half.cyc=56 thick1=0.1157 thick2=0.134 n1=3 n2=3 mat1=GaAs mat2=AlAs nd1=1e18 nd2=1e18 bottom # bottom contact region region material=GaAs thick=0.02 sy=0.005 donor=5e18 bottom # optional air Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 47/51 #region material=air x.min=3 x.max=6 y.max=0 # Electrodes electrode num=1 name=anode top x.max=6 electrode num=2 name=cathode bottom # Define some material parameters # Here we smooth out the DBRs for better electrical convergence material material=AlGaAs eg300=1.42 affin=4.07 nc300=4.35e17 nv300=8.16e18 permi=13.2 material material=AlAs eg300=1.42 affin=4.07 nc300=4.35e17 nv300=8.16e18 permi=13.2 material mater=InGaAsP mun=1000 mup=500 copt=1e-15 epsinf=12.2500 alphaa=500.0 nc300=1e19 nv300=1e19 material mater=AlGaAs epsinf=9.2700 material mater=GaAs epsinf=11.2200 material mater=AlAs epsinf=8.3500 material mater=InP epsinf=9.9200 nc300=1e19 nv300=1e19 material tc.a=-0.4665 tc.b=0.0092 tc.c=4e-7 \ hc.a=1.82476 hc.b=2.5004e-4 hc.c=0 hc.d=17024 # Turn on some models model srh fermi lat.temp li spont thermcontact num=1 elec.num=2 ext.temp=300 thermcontact num=2 x.min=6 alpha=100 ext.temp=300 thermcontact num=3 elec.num=1 alpha=100 ext.temp=300 # specify some outputs for the structures output band.param con.band val.band u.auger u.radiative u.srh # get an initial solution solve init method block solve # set up the laser models ############################## vcsel vcsel.check vcsel.incidence=1 proj itmax=30 maxch=100.0 toler=0.010 photon.energy=0.8 einit=0.75 efinal=0.85 perturb # turn on a log file to capture IV data log outf=vcselex02.log # solve over a voltage ramp solve prev solve vstep=0.05 name=anode vfinal=0.9 Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 48/51 save outf=vcselex02_0.str solve vstep=0.05 name=anode vfinal=1.0 save outf=vcselex02_1.str method ^las.proj block vcsel tauss=0.01 solve vstep=0.05 name=anode vfinal=1.2 save outf=vcselex02_2.str solve vstep=0.05 name=anode vfinal=2.4 save outf=vcselex02_3.str tonyplot vcselex02.log -set vcselex02_0.set tonyplot vcselex02_3.str -set vcselex02_1.set quit CODE sử dụng để đánh giá ảnh hưởng số lớp đến dòng ngưỡng lượng phát VCSEL # (c) Silvaco Inc., 2015 go atlas # VCSEL Example # This device is based on: # Piprek, Joachim, "Modeling and optimization of 1.54um double-fused # VCSELs for cw operation above room temperature," SPIE Vol 2693: # Physics and Simulation of Optoelectronic Devices IV, 1996 # Define CYL on MESH statement for cylindrical symetry options verbose mesh cyl auto # X Mesh lines (Note Y lines defined by region statements) x.mesh location=0 spacing=0.5 x.mesh location=6 spacing=0.5 # Define top regions going up from y=0 # spacers Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 49/51 region material=GaAs thick=0.01 sy=0.005 accept=4e19 top region material=GaAs thick=0.02 sy=0.01 accept=4e17 top # top DBR dbr half.cyc=60 thick1=0.1157 thick2=0.1273 n1=3 n2=3 mat1=GaAs mat2=AlGaAs x2.comp=0.67 na1=4e17 na2=4e17 top # top contact regions region material=GaAs thick=0.184 sy=0.02 accept=4e17 top region material=GaAs thick=0.02 sy=0.01 accept=2e19 top # active regions starting at y=0 down # (wells are defined by the QWELL parameter of the REGION statement) region material=InP thick=0.178 sy=0.04 accept=1e18 bottom region material=InP thick=0.1 sy=0.05 accept=1e16 bottom region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InGaAsP thick=0.0055 x.comp=0.24 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom \ qwell well.nx=12 well.ny=99 region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InGaAsP thick=0.0055 x.comp=0.24 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom \ qwell well.nx=12 well.ny=99 region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InGaAsP thick=0.0055 x.comp=0.24 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom \ qwell well.nx=12 well.ny=99 region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InGaAsP thick=0.0055 x.comp=0.24 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom \ qwell well.nx=12 well.ny=99 region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InGaAsP thick=0.0055 x.comp=0.24 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom \ qwell well.nx=12 well.ny=99 region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InGaAsP thick=0.0055 x.comp=0.24 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom \ qwell well.nx=12 well.ny=99 region material=InGaAsP thick=0.008 x.comp=0.52 y.comp=0.82 sy=0.001 bottom region material=InP thick=0.258 sy=0.04 donor=5e18 bottom region material=GaAs thick=0.05 sy=0.025 donor=1e18 bottom # bottom DBR dbr half.cyc=56 thick1=0.1157 thick2=0.134 n1=3 n2=3 mat1=GaAs mat2=AlAs nd1=1e18 nd2=1e18 bottom # bottom contact region region material=GaAs thick=0.02 sy=0.005 donor=5e18 bottom # optional air #region material=air x.min=3 x.max=6 y.max=0 Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 50/51 # Electrodes electrode num=1 name=anode top x.max=6 electrode num=2 name=cathode bottom # Define some material parameters # Here we smooth out the DBRs for better electrical convergence material material=AlGaAs eg300=1.42 affin=4.07 nc300=4.35e17 nv300=8.16e18 permi=13.2 material material=AlAs eg300=1.42 affin=4.07 nc300=4.35e17 nv300=8.16e18 permi=13.2 material mater=InGaAsP mun=1000 mup=500 copt=1e-15 epsinf=12.2500 alphaa=500.0 nc300=1e19 nv300=1e19 material mater=AlGaAs epsinf=9.2700 material mater=GaAs epsinf=11.2200 material mater=AlAs epsinf=8.3500 material mater=InP epsinf=9.9200 nc300=1e19 nv300=1e19 # Turn on some models model srh fermi li spont # specify some outputs for the structures output band.param con.band val.band u.auger u.radiative u.srh # get an initial solution solve init solve # set up the laser models ############################## lx.m n=1 x=0 lx.m n=100 x=6 vcsel vcsel.check vcsel.incidence=1 proj itmax=30 maxch=100.0 toler=0.010 photon.energy=0.8 einit=0.75 efinal=0.85 nmode=4 perturb # turn on a log file to capture IV data log outf=vcselex04.log # solve over a voltage ramp solve prev solve vstep=0.05 name=anode vfinal=0.9 save outf=vcselex04_0.str solve vstep=0.05 name=anode vfinal=1.0 save outf=vcselex04_1.str vcsel ^proj tauss=0.01 solve vstep=0.05 name=anode vfinal=1.2 Mô đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 51/51 save outf=vcselex04_2.str solve vstep=0.05 name=anode vfinal=3.0 save outf=vcselex04_3.str tonyplot vcselex04.log -set vcselex04_0.set tonyplot vcselex04_3.str -add vcselex04_3.str vcselex04_3.str vcselex04_3.str -set vcselex04_1.set quit Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ... VCSEL q trình mơ phần mềm ATLAS Các đặc tính mà ta quan tâm đặc tính quang, nhiệt điện VCSEL Sự thay đổi cấu trúc VCSEL thay đổi đặc tính Từ rút nhận xét kết luận đặc tính VCSEL Mơ đặc tính VCSEL. .. sóng Các tính quan trọng cần lưu ý tính điện quang học Các đặc tính khác cần lưu ý, ví cách lựa chọn vật liệu để dễ dàng sản xuất thành laser, quan trọng Mô đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ... hình - 14c Mơ đặc tính VCSEL dùng phần mềm ATLAS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 24/51 2.3.4 Ứng dụng Chính đặc tính kĩ thuật VCSEL giá thành thấp, độ ổn định cao, tiêu cơng suất khiến VCSEL trở thành