Auswahl der idealen Laserquelle: Halbleiterlaser mit Kantenemission – Teil 2

Wahl des IdealenLaserquelleKantenemissionHalbleiterlaserTeil Zwei

4. Anwendungsstatus von Halbleiterlasern mit Kantenemission
Aufgrund ihres breiten Wellenlängenbereichs und ihrer hohen Leistung werden kantenemittierende Halbleiterlaser erfolgreich in vielen Bereichen wie der Automobilindustrie, der optischen Kommunikation und der Industrie eingesetzt.LaserMedizinische Behandlung. Laut Yole Développement, einem international renommierten Marktforschungsinstitut, wird der Markt für Edge-to-Emit-Laser bis 2027 auf 7,4 Milliarden US-Dollar anwachsen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 13 %. Dieses Wachstum wird weiterhin durch die optische Kommunikation, wie z. B. optische Module, Verstärker und 3D-Sensoranwendungen für Datenkommunikation und Telekommunikation, getrieben. Für unterschiedliche Anwendungsanforderungen wurden in der Industrie verschiedene EEL-Strukturdesigns entwickelt, darunter: Fabripero (FP)-Halbleiterlaser, Distributed-Bragg-Reflektor (DBR)-Halbleiterlaser, externe Resonatorlaser (ECL)-Halbleiterlaser und verteilte Rückkopplungs-Halbleiterlaser (DFB-Laser), Quantenkaskaden-Halbleiterlaser (QCL) und Weitbereichslaserdioden (BALD).

Mit der steigenden Nachfrage nach optischer Kommunikation, 3D-Sensorik und anderen Anwendungsgebieten wächst auch der Bedarf an Halbleiterlasern. Darüber hinaus ergänzen sich kantenemittierende und oberflächenemittierende Halbleiterlaser (VCSELs) in neuen Anwendungen gegenseitig in ihren jeweiligen Schwächen, wie zum Beispiel:
(1) Im Bereich der optischen Kommunikation werden häufig 1550-nm-InGaAsP/InP-DFB-Laser (Distributed Feedback Laser) und 1300-nm-InGaAsP/InGaP-Fabry-Pero-Laser (EEL) bei Übertragungsdistanzen von 2 km bis 40 km und Übertragungsraten bis zu 40 Gbit/s eingesetzt. Bei Übertragungsdistanzen von 60 m bis 300 m und geringeren Übertragungsraten dominieren hingegen VCSELs auf Basis von 850-nm-InGaAs und AlGaAs.
(2) Oberflächenemittierende Laser mit vertikalem Resonator zeichnen sich durch geringe Größe und schmale Wellenlänge aus und werden daher im Markt für Unterhaltungselektronik weit verbreitet eingesetzt. Die Vorteile von kantenemittierenden Halbleiterlasern hinsichtlich Helligkeit und Leistung ebnen den Weg für Anwendungen in der Fernerkundung und der Hochleistungsverarbeitung.
(3) Sowohl kantenemittierende Halbleiterlaser als auch oberflächenemittierende Halbleiterlaser mit vertikalem Resonator können für LiDAR im Nah- und Mittelbereich eingesetzt werden, um spezifische Anwendungen wie die Erkennung toter Winkel und das Verlassen der Fahrspur zu realisieren.

5. Zukünftige Entwicklung
Kantenemittierende Halbleiterlaser zeichnen sich durch hohe Zuverlässigkeit, Miniaturisierung und hohe Lichtleistungsdichte aus und bieten breite Anwendungsmöglichkeiten in der optischen Kommunikation, LiDAR, Medizintechnik und weiteren Bereichen. Obwohl die Herstellung von kantenemittierenden Halbleiterlasern relativ ausgereift ist, bedarf es kontinuierlicher Optimierungen hinsichtlich Technologie, Prozess, Leistung und anderer Aspekte, um die steigende Nachfrage von Industrie und Verbrauchern zu decken. Dazu gehören: die Reduzierung der Defektdichte im Wafer; die Vereinfachung der Prozessschritte; die Entwicklung neuer Technologien als Ersatz für die herkömmlichen, fehleranfälligen Wafer-Schneidverfahren mit Schleifscheiben und -klingen; die Optimierung der Epitaxiestruktur zur Steigerung der Lasereffizienz; und die Senkung der Herstellungskosten. Da das Ausgangslicht des kantenemittierenden Lasers an der Seitenkante des Halbleiterchips emittiert wird, ist eine kompakte Chip-Gehäusekonstruktion schwierig, weshalb die zugehörigen Gehäuseverfahren weiter verbessert werden müssen.