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光子学报 2024年第1期53卷 23-32页

作者：王伟谭云飞无锡学院江苏省集成电路可靠性技术及检测系统工程研究中心无锡214105 南京信息工程大学电子与信息工程学院南京210044

1550 nm垂直腔面发射激光器具有良好的人眼安全性和透射性,但实现其高效率和高功率输出一直是难以解决的问题。以1550 nm氧化限制型垂直腔面发射激光器为研究目标,对不同结构、不同氧化孔径与输出特性关系进行仿真分析。随着氧化孔径增... 详细信息

1550 nm垂直腔面发射激光器具有良好的人眼安全性和透射性,但实现其高效率和高功率输出一直是难以解决的问题。以1550 nm氧化限制型垂直腔面发射激光器为研究目标,对不同结构、不同氧化孔径与输出特性关系进行仿真分析。随着氧化孔径增加,垂直腔面发射激光器芯片的激射波长发生红移现象,但氧化孔径从14μm继续增大时,激射波长几乎不红移。对两种不同氧化限制结构的芯片进行仿真,输出功率和转换效率对比结果表明单氧化层结构性能更好。在设计多结垂直腔面发射激光器时考虑有源区之间是否增加氧化层,最终发现两种氧化限制结构均在9μm孔径时具有较高的输出功率,单层结构100 mA时的输出功率约为177.55 mW,同时斜率效率也高达1.79 W/A,最大功率转换效率为10μm孔径时的37.7%,多层结构斜率效率更高达2.36 W/A。氧化限制型结构在多结垂直腔面发射激光器基础上进一步提升功率、效率等参数,可为高功率1550 nm垂直腔面发射激光器的输出特性优化提供参考。

关键词：垂直腔面发射激光器红移氧化限制型多结功率转换效率

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1550 nm高功率多结VCSEL设计及阵列热效应研究

1550 nm高功率多结VCSEL设计及阵列热效应研究

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作者：谭云飞南京信息工程大学

学位级别：硕士

目前垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)的市场应用越来越广泛,其凭借小尺寸,低成本,光束质量好,易于集成等诸多优点得到了研究者们的高度关注。随着2017年苹果公司将VCSEL阵列集成于智能手机的Face ID... 详细信息

目前垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)的市场应用越来越广泛,其凭借小尺寸,低成本,光束质量好,易于集成等诸多优点得到了研究者们的高度关注。随着2017年苹果公司将VCSEL阵列集成于智能手机的Face ID模组上,3D传感领域掀起了一股热潮。目前用于传感领域的VCSEL波长大多为905 nm和940 nm,考虑到人眼安全性,封装时会用光栅或衍射光学元件降低VCSEL对人眼的危害性。而1550 nm VCSEL对人眼危害极小,但其具有输出功率低和热效应显著的问题,无法达到设计阵列并应用于传感领域的要求。因此,本文围绕提升1550 nm VCSEL输出功率、转换效率和减轻阵列热效应等问题,分别开展以下工作:1.通过研究VCSEL量子阱和隧道结理论,将多结与1550 nm结合,在VCSEL增益区设计多个有源区堆叠结构,分析不同结数对器件输出功率、转换效率等重要光电参数的影响;设计不同尺寸VCSEL,探讨尺寸变化与器件输出功率、阈值电流等参数的关系。最终得出30μm三结VCSEL输出特性较好的结论,其输出功率约为1549 m W,斜率效率约为1.55 W/A,峰值转换效率高达43%。2.设计尺寸为30μm的氧化限制型VCSEL,分析了氧化层位置对单、多结VCSEL输出特性的影响;通过优化氧化孔径大小来获得高输出功率、高转换效率的器件。最终3结VCSEL氧化孔径为9μm时阈值电流仅有1 m A,斜率效率约为1.79 W/A,100 m A驱动电流下输出功率高达177.55 m W,峰值转换效率为37.5%。3.以1550 nm氧化限制型3结VCSEL为单元器件,设计常见的三种阵列排布方式:正方形、正三角形和等腰三角形。通过对不同排布方式与间距的热仿真结果分析,讨论了其对阵列热效应的影响。另外设计一种纵向结构,发现该结构对于阵列热扩散与热串扰现象有改善效果,等腰三角形排布间距10μm时的阵列最高温度降低约1℃。本文将多结与氧化限制型结合,成功设计并仿真了高功率1550 nm VCSEL。此外讨论了不同VCSEL阵列的热效应,改善其热扩散和热串扰现象。本文的研究成果为1550nm VCSEL的后续研究提供了理论依据。

关键词：垂直腔面发射激光器多结氧化限制型阵列

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980nm垂直腔面发射激光器的外延生长

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半导体光电 2015年第1期36卷 38-41页

作者：崔明韩军邓军李建军邢艳辉陈翔朱启发北京工业大学光电子技术省部共建教育部重点实验室北京100124

模拟了垂直腔面发射激光器(VCSEL)的反射谱和量子阱增益谱,采用金属有机物化学气相沉积设备外延生长了980nm的垂直腔面发射激光器,制作了氧化孔径为14μm的内腔式氧化限制型VCSEL器件,其阈值电流为3.3mA,阈值电压为1.8V,斜率效率为0.387... 详细信息

模拟了垂直腔面发射激光器(VCSEL)的反射谱和量子阱增益谱,采用金属有机物化学气相沉积设备外延生长了980nm的垂直腔面发射激光器,制作了氧化孔径为14μm的内腔式氧化限制型VCSEL器件,其阈值电流为3.3mA,阈值电压为1.8V,斜率效率为0.387W/A,室温直流电流为22.8mA时,输出光功率为5mW。

关键词：量子阱金属有机物化学气相沉积氧化限制型

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