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高功率转换效率905 nm垂直腔面发射激光器的设计与制备

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物理学报 2021年第11期70卷 81-89页

作者：赵壮壮荀孟潘冠中孙昀周静涛王大海吴德馨中国科学院微电子研究所北京100029

通过对影响垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)的功率转换效率的因素进行理论分析,得出斜率效率是影响功率转换效率的主要因素的结论.为获得高功率转换效率,通过对有源区量子阱、P型和N型分布布拉格反... 详细信息

通过对影响垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)的功率转换效率的因素进行理论分析,得出斜率效率是影响功率转换效率的主要因素的结论.为获得高功率转换效率,通过对有源区量子阱、P型和N型分布布拉格反射镜(DBR)等进行优化,设计出了905 nm VCSEL的外延结构并进行了高质量外延生长.成功制备出了不同氧化孔径的905 nm VCSEL器件,获得的最大斜率效率为1.12 W/A,最大转换效率为44.8%.此外,探究了氧化孔径对VCSEL的远场和光谱特性的影响.这种具有高功率转换效率的905 nm VCSEL器件为激光雷达的小型化、低成本化提供了良好的基础数据.

关键词： 905 nm垂直腔面发射激光器高功率转换效率外延结构设计器件制备

Thermal Analysis of Implant-Defined Vertical Cavity Surface Emitting Laser Array

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Chinese Physics Letters 2015年第1期32卷 79-82页

作者：荀孟徐晨解意洋邓军许坤陈弘达 Key Laboratory of Optoelectronics Technology(Ministry of Education) Beijing University of Technology State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics Institute of SemiconductorChinese Academy of Sciences

一个三维的电热的联合模型基于有限元素方法被使用学习射出激光(VCSEL ) 的垂直的洞表面穿的植入定义的热性质。包括内部元素的间距，规模，注射当前的密度和底层温度的几个参数被考虑。通过实验获得的实际温度在对计算结果的优秀同意... 详细信息

一个三维的电热的联合模型基于有限元素方法被使用学习射出激光(VCSEL ) 的垂直的洞表面穿的植入定义的热性质。包括内部元素的间距，规模，注射当前的密度和底层温度的几个参数被考虑。通过实验获得的实际温度在对计算结果的优秀同意，它证明模型的精确性。由于严重热问题，设计数组是必要的低自我加热。分析能为以后设计 VCSEL 数组提供一个基础。

关键词：垂直腔表面发射激光器激光器阵列定义热分析种植体 VCSEL 耦合模型未来设计

Polarization Stable Vertical Cavity Surface Emitting Laser Array Based on Proton Implantation

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Chinese Physics Letters 2015年第10期32卷 44-47页

作者：荀孟徐晨解意洋邓军许坤蒋国庆潘冠中陈弘达 Key Laboratory of Optoelectronics Technology (Ministry of Education) Beijing University of Technology Beijing 100124 State Key Laboratory of Integrated Optoelectronies Institute of Semiconductors Chinese Academy of Sciences Beijing 100083

Polarization stable characteristic of vertical cavity surface emitting laser array with rectangular element structure based on proton implantation is achieved. Arrays with different aperture sizes and different array scales are investigated. The maximum orthogonal polarization suppression ratio of a 6 × 6 array with 6μm × 4μm elements is as high as 16.1 dB at 51 mA. The x-polarization dominates y-polarization in the operation current range from the threshold to the saturated current. The full widths at half maximum in far-field profiles for x-polarization and y-polarization are 8.8° and 10.7°, respectively. These results suggest that stable polarization is available in the implant-defined VCSEL array.

关键词： Polarization

Simulation of Far-Field Properties of Coherent Vertical Cavity Surface Emitting Laser Array

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Chinese Physics Letters 2016年第4期33卷 40-43页

作者：荀孟徐晨解意洋邓军蒋国庆潘冠中董毅博陈弘达 Key Laboratory of Optoelectronics Technology (Ministry of Education) Beijing University of Technology Beijing 100124 State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics Institute of Semiconductors Chinese Academy of Sciences Beijing 100083

Far-field properties dependent on array scale, separation, element width and emitted wavelength are system atically analyzed theoretically and experimentally. An array model based on the finite-difference method is established to simulate the far-field profile of the coherent arrays. Some important conclusions are obtained. To achieve a higher quality beam, it is necessary to decrease separation between elements, or to increase the element width. Higher brightness can be achieved in the array with larger scale. Emitted wavelength also has an influence on the far-field profile. These analyses can be extended to the future design of coherent vertical cavity surface emitting laser arrays.

关键词： of is it as Simulation of Far-Field Properties of Coherent Vertical Cavity Surface Emitting Laser Array in VCSEL Far

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质子注入型光子晶体垂直腔面发射激光器制备

红外与激光工程 2016年第12期45卷 32-36页

作者：蒋国庆徐晨解意洋荀孟曹亚鹏陈弘达北京工业大学电子信息与控制工程学院光电子技术教育部重点实验室北京100124 中国科学院半导体研究所北京100083

在光子晶体垂直腔面发射激光器中采用质子注入工艺,使台面工艺变成纯平面工艺,降低了光子晶体结构制备难度,简化了器件制备,提高了器件的均匀性。质子注入型光子晶体垂直腔面发射激光器中的光子晶体结构,在电流限制孔小于光子晶体缺陷孔... 详细信息

在光子晶体垂直腔面发射激光器中采用质子注入工艺,使台面工艺变成纯平面工艺,降低了光子晶体结构制备难度,简化了器件制备,提高了器件的均匀性。质子注入型光子晶体垂直腔面发射激光器中的光子晶体结构,在电流限制孔小于光子晶体缺陷孔时,仍能控制器件光束及模式特性,该结果可用于优化器件阈值电流,制备高性能低阈值电流基横模器件。实验所设计制备的器件,在注入电流小于12.5 m A时,阈值电流2.1 m A,出光功率大于1 m W,远场发射角小于7°,有效验证了光子晶体结构在质子注入型面发射激光器中的光束改善及模式控制作用。

关键词：质子注入光子晶体垂直腔面发射激光器

Beam Steering Analysis in Optically Phased Vertical Cavity Surface Emitting Laser Array

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Chinese Physics Letters 2018年第3期35卷 30-34页

作者：荀孟孙昀徐晨解意洋金智周静涛刘新宇吴德馨 Institute of Microelectronics Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Optoelectronics Technology (Ministry of Education) Beijing University of Technology

Beam steering in implant defined coherently coupled vertical cavity surface emitting laser （VCSEL） arrays is simulated using the FDTD solution software. Angular deflection dependent on relative phase differences among elements, inter-element spacing, element size and emitted wavelength is analyzed detailedly and systematically. We design and fabricate 1×2 implant defined VCSEL arrays for optimum beam steering performance. Electroni- cally controlled beam steering with a maximum deflection angle of 1.6° is successfully achieved in the 1 × 2 VCSEL arrays. The percentage of the power in the central lobe is above 39% when steering. The results show that the steering is controllable. Compared with other beam steering methods, the fabrication process is simple and of low cost.

关键词： VCSEL Beam Steering Analysis in Optically Phased Vertical Cavity Surface Emitting Laser Array

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高光束质量垂直腔面发射激光器同相耦合阵列

发光学报 2018年第6期39卷 844-849页

作者：许坤付林杰钟发成杜银霄荀孟郑州航空工业管理学院理学院河南郑州450046 中国科学院微电子研究所北京100029

质子注入型面发射激光器相干耦合阵列能够实现同相模式的激射,但是由于制作过程中的工艺不均匀性引起单元间存在相位差,影响光束的质量。本文通过设计分离电极结构,使每个单元注入的电流得到分别的控制,实现了3单元三角排列阵列高光束... 详细信息

质子注入型面发射激光器相干耦合阵列能够实现同相模式的激射,但是由于制作过程中的工艺不均匀性引起单元间存在相位差,影响光束的质量。本文通过设计分离电极结构,使每个单元注入的电流得到分别的控制,实现了3单元三角排列阵列高光束质量同相耦合模式的激射。阵列远场发散角仅为3.4°,大约有25.6%的全部能量聚集在中心光斑。激射光谱的线宽为0.24 nm,边模抑制比为27 d B。该方法能够有效提高相干耦合阵列的光束质量,弥补制作工艺中引入的单元不均匀性,提高器件的可靠性和实用性。质子注入方法简单、成本低,能够成为制作高光束质量相干耦合阵列的一个重要方法。

关键词：质子注入垂直腔面发射激光器同相耦合

Improved thermal property of strained InGaAlAs/AlGaAs quantum wells for 808-nm vertical cavity surface emitting lasers

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Chinese Physics B 2022年第3期31卷 299-305页

作者：赵壮壮荀孟潘冠中孙昀周静涛吴德馨 Institute of Microelectronics Chinese Academy of SciencesBeijing 100029China

The 808-nm vertical cavity surface emitting laser(VCSEL) with strained In_(0.13)Ga_(0.75)Al_(0.12)As/Al_(0.3)Ga_(0.7)As quantum wells is designed and fabricated. Compared with the VCSELs with Al_(0.05)Ga_(0.95)As/Al_(0.3)Ga_(0.7)As quantum wells, the VCSEL with strained In_(0.13)Ga_(0.75)Al_(0.12)As/Al_(0.3)Ga_(0.7)As quantum wells is demonstrated to possess higher power conversion efficiency(PCE) and better temperature stability. The maximum PCE of 43.8% for 10-μm VCSEL is achieved at an ambient temperature of 30°C. The size-dependent thermal characteristics are also analyzed by characterizing the spectral power and output power. It demonstrates that small oxide-aperture VCSELs are advantageous for temperature-stable performance.

关键词： 808-nm VCSEL InGaAlAs/AlGaAs quantum wells thermal property

垂直腔面发射激光器相干耦合阵列二维光束偏转

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光子学报 2019年第1期48卷 121-127页

作者：许坤王海丽王献立杜银霄荀孟郑州航空工业管理学院理学院郑州450046 中国科学院微电子研究所北京100029

通过建立数值模型,分析了垂直腔面发射激光器相干耦合阵列单元数量、单元间距、单元间相位差对光束质量及偏转角度的影响.仿真结果表明,单元数量越多,发散角越小;单元间距越小,旁瓣强度越小;单元间相位差越大,偏转角度越大.因此,设计相... 详细信息

通过建立数值模型,分析了垂直腔面发射激光器相干耦合阵列单元数量、单元间距、单元间相位差对光束质量及偏转角度的影响.仿真结果表明,单元数量越多,发散角越小;单元间距越小,旁瓣强度越小;单元间相位差越大,偏转角度越大.因此,设计相干阵列时,需要尽量减小单元间距,增大阵列规模,实现单元间大相位差的控制.实验制备了3单元相干耦合阵列,通过分离电极实现了单元注入电流的独立控制以及单元间相位差的控制,最终实现二维方向上的光束操控.

关键词：半导体光电器件垂直腔面发射激光器相干耦合阵列光束偏转质子注入