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DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS
5º Ingeniería Electrónica / 28 de enero 1998 / parte práctica
A continuación te presento una noticia publicada en una revista de divulgación
tecnológica. Léelo y contesta a las cuestiones que aparecen en la hoja adjunta.
NEWSBREAKS
Diodo Láser sin aluminio consigue 10.6 W de salida en continua a 980 nm
Este mes, en el Congreso IEEE/LEOS (San Francisco, CA), algunos centros de investigación
informaron que habían roto la "barrera" de 10 W de potencia en continua (CW) para diodos
láser de una sola tira, con una emisión en 980 nm. Para producir este record de alta potencia
los investigadores en el Reed Center Reed for Photonics (Universidad de Wisconsin) y de la
Sarnoff Corporation (Princeton, NJ) usaron estructuras sin aluminio con una guía de ondas
ancha, de 1.2 m. La región activa del dispositivo tiene dos pozos cuánticos de GaInAs, cada
uno de 7 nm de espesor, rodeados por capas confinadoras de GaInAsP de 0.6 m de espesor y
por capas recubridoras (cladding) de GaInP, siendo el substrato GaAs.
La potencia de 10.6 W es la mayor conseguida en diodos láser simples (de una sola
tira), según Dan Botez, director del Reed Center. Estos dispositivos, que emiten en la región
de 890 a 1100 nm, se utilizan como bombeo para otro tipos de láser de estado sólido, así como
para aplicaciones terapéuticas. Aunque la potencia de este dispositivo sin aluminio es sólo un
15% más alta que los mejores resultados publicados hasta ahora para un dispositivo
GaInAs/AlGaAs, la eficiencia de conversión de potencia es claramente más elevada en el caso
de los dispositivos sin aluminio, que tienen una resistencia en serie mucho menor. Por
ejemplo, a 9 W de salida CW, la eficiencia total del nuevo dispositivo sin aluminio es un 50 %
más elevada (45% frente a 30%) que la de su mejor competidor con aluminio, según Botez.
Laser Focus World
Noviembre 1997 9
1) En una hoja adjunta está representada la gráfica de los parámetros de red frente a la
energía de banda prohibida para los semiconductores III-V. Señala sobre dicha
gráfica las aleaciones de GaInP y GaInAsP que tú hubieras elegido para hacer el
láser mencionado en el artículo, y justifica muy brevemente tu elección.
2) Dibuja la estructura de las capas del láser descrito en el artículo. (En el dibujo
puedes poner si quieres un sólo pozo cuántico ). Señala en cada capa el material
del que está hecha, su dopado (p+, p, i, n o n+) y qué papel desempeña. En
particular señala qué capa(s) sirve(n) de guía de onda y en qué capa(s) están los
portadores.
(atención: lee el apartado siguiente antes de hacer el dibujo definitivo, para que
tengas en cuenta en tu estructura lo que allí se cuenta)
3) En el artículo dice que un aspecto clave para la mejora conseguida es la reducción
de la resistencia en serie. Indica posibles estrategias para minimizar dicha
resistencia y plásmalo en tu dibujo
4) a) Si la resistencia en serie fuera totalmente despreciable, cuál sería la tensión de
operación de este láser. Cuál sería la corriente de inyección para obtener una
salida de 9 W. Razónalo brevemente o indica las operaciones
b) Calcula cuánto valdría la eficiencia cuántica externa (no diferencial) de este
láser cuando emite 9 W si supones que la resistencia en serie fuera totalmente
despreciable. En la práctica (como nunca la resistencia es nula), ¿este valor
será mayor o menor?
5) Estima qué aumento de la resistencia en serie sería suficiente para reducir la
eficiencia total a un valor semejante al del láser de GaInAs/AlGaAs mencionado.
Dibuja las características Popt(Pel) de este dispositivo incluyendo los datos que se
puedan y ilustrando el efecto de la resistencia en serie
6) Como te habrás dado cuenta al leer el artículo, se podrían hacer muchas preguntas
sobre lo que se cuenta y que quedan en el tintero. La última pregunta es pues:
Formula una pregunta interesante sobre el artículo y contéstala.