垂直腔面发射激光器的热学特性

通过求泊松方程、电流密度方程、载流子扩散方程以及有源层结压降方程自洽解的方法，计算了垂直腔面发射激光器（VCSEL）的电势分布，进而求解热传导方程，得到VCSEL的温度分布．详细分析了注入电流密度小于或等于阈值电流密度时，晶片键合结构垂直腔面发射激光器的键合界面阻抗、氧化层限制孔径、外加电压以及分布布拉格反射镜的热导率的大小对VCSEL内部温度分布的影响．     

垂直腔面发射激光器特性测试系统研究

根据垂直腔面发射激光器（VCSEL）的工作特性，设计了一种新型的易于实验室普及使用的VCSEL特性测试系统，并对VCSEL进行测试，得到了相关测试曲线。该系统使用方便，成本适中，有重要的实际应用价值。     

键合方法研制InAsP/InGaAsP量子阱1.3μm垂直腔面发射激光器

设计并研制了由InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱有源层、SiO2/TiO2介质薄膜和GaAs/Al(Ga)As半导体分布布拉格反射镜(DBR)构成的垂直腔面发射激光器(VCSEL).采用直接键合技术实现InP基有源层与GaAs基DBR的晶片融合,并经过侧向湿法腐蚀定义电流限制孔径和沉积介质薄膜DBR等关键器件工艺,研制出InAsP/InGaAsP量子阱垂直腔面发射激光器,其阈值电流为13.5mA,单模激射波长为1288.6nm.     

键合方法研制InAsP/InGaAsP量子阱1.3μm垂直腔面发射激光器

设计并研制了由InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱有源层、SiO2/TiO2介质薄膜和GaAs/Al(Ga)As半导体分布布拉格反射镜（DBR）构成的垂直腔面发射激光器（VCSEL) . 采用直接键合技术实现InP基有源层与GaAs基DBR的晶片融合,并经过侧向湿法腐蚀定义电流限制孔径和沉积介质薄膜DBR等关键器件工艺,研制出InAsP/InGaAsP量子阱垂直腔面发射激光器,其阈值电流为13.5mA,单模激射波长为1288.6nm.     

垂直腔面发射激光器的动态特性分析

本文给出了动态的垂直腔面发射速率方程,并由此推出了瞬态下的衰减因子和张弛振荡频率和计算公式,以及小信号调制下的光子、载流子的响应函数表达式。计算结果表明,在瞬态下衰减因子随β的增加明显变大,它使张弛振荡过程变短;在小信号调制下,多量子阱的周期增益结构比一般的垂直腔面发射结构有更大的调制带宽。     

台面尺寸对垂直腔面发射激光器电学特性的影响

采用求泊松方程、电流密度方程、载流子扩散方程以及有源层结压降方程自洽解的方法,计算了不同台面大小的台面结构垂直腔面发射激光器内部的电势分布和有源层中的注入电流密度、载流子浓度及结压降分布.结果表明,台面尺寸对垂直腔面发射激光器内部的电势分布和有源层中的注入电流密度、载流子浓度及结压降分布有重要影响.在一定的外加电压下,随着台面尺寸减小,有源层中心处的注入电流密度、载流子浓度和结压降急剧减小,垂直腔面发射激光器性能恶化.     

垂直腔面发射激光器光谱特性的实验研究

垂直腔面发射激光器（VCSEL）的偏振光随着电流的不同，出光的方向会发生变化。VCSEL注入电流在大于阈值时由于在谐振腔中存在微小的各向异性，使得光谱的单色性大大降低，这可能会导致VCSEL通信网络质量的下降，这就要求我们在设计和生长VCSEL时尽量减小腔内的各向异性。我们利用一套实验装置，在不同的注入电流下测量了VCSEL偏振光的光谱，从中得出VCSEL的一些光谱特性。     

垂直腔面发射激光器及其进展

1　引　　言　　光电子技术在网络、存储器等方面的应用与多媒体信息社会的发展息息相关 ,对信息社会的发展始终起着至关重要的作用。在世界范围内的信息基础设施配置中 ,人们对以光纤通信为代表的光电子技术寄予厚望。瞬间传送处理图像等大规模信息技术愈益重要 ,在并行传递空间信息的超并行光传输系统、连接多台计算机或LSI芯片的并行光互连及光并行信息处理系统中 ,新兴的并行光电子技术起主导作用。要实现充分利用光的并行性的系统 ,大规模地进行二维集成化的并行光器件十分重要。为适应这种需求 ,人们开始探索一种新型结构的半导体激…     

垂直腔面发射激光器DBR结构反射特性分析

采用等效法布里-珀罗（F-P）腔方法对垂直腔面发射激光器（VCSEL）的上、下两层分布布喇格反射（DBR）结构的特性进行了研究，计算并讨论了上、下两层DBR结构在不同对称模型、不同周期数时对微腔结构的反射率的影响。得出反射面DBR结构的周期数为30左右，出光面DBR结构的周期数20左右，易实现激光输出，与实际设计基本一致。     

垂直腔面发射激光器热场特性分析

应用格林函数方法计算了增益波导垂直腔面发射激光器的热传导方程,分析了电流扩展、材料参数和工作条件对温度分布的影响。计算结果表明,电流扩展是影响这种激光器热场特性的主要因素,降低阈值电流是减小温升的有效方法。     

Thermal resistance of VCSELs bonded to integrated circuits

The thermal resistance of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) flip chip bonded to GaAs substrates and CMOS integrated circuits has been measured. The measurements on GaAs show that if the bonding is done properly, the bonding does not add significantly to the thermal resistance. However, the SiO₂ under the CMOS bonding pad can double the thermal resistance unless measures are taken to improve the thermal conductance of these layers. Finite element simulations indicate that the thermal resistance of bonded VCSELs increases rapidly as the solder bond size and the aperture size decrease below ~10 μm     

Thermal modeling of large-area VCSELs under optical pumping

An analytical approach is proposed to calculate the stead-state three-dimensional temperature distribution in multilayered structures, particularly when containing periodic stacks. We apply this model to the case of vertical-cavity surface-emitting lasers under optical pumping and find an excellent agreement with experimental results.     

Thermal impedance of VCSELs with AlOx-GaAs DBRs

The authors have measured the thermal impedance of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) with oxide/GaAs DBRs and shown that it is comparable to that of VCSELs with all-semiconductor DBRs. A VCSEL with an 8-μm oxide aperture shows a thermal impedance of 2.8°C/mW. By varying the aperture size, the thermal conductance of the material below the active area is 0.255 W/cm°C. These results demonstrate that the oxide is not a major barrier to heat transport out of the active region     

850nm氧化物限制型VCSEL的温度特性

采用热封闭系统对850nm氧化物限制型VCSEL的温度特性进行了研究.实验证实该器件在80℃仍能正常工作,在20～80℃的温度区间内,器件的斜率效率由0.3mW/mA降到0.2mW/mA.根据阈值电流的温度依赖性得出T0=350K,器件的基模红移为0.11nm/mW,实验确定其热阻为2.02℃/mW.     

Simplified Model of the Dynamic Thermal Tuning Behavior of VCSELs

In this letter, a simplified thermal model is used to derive a closed-form expression for the frequency dependency of the current-to-wavelength tuning coefficient (FM response) of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs). It explains the experimentally observed square root law and shows very good agreement with measured FM responses of two different VCSEL types. It yields significantly improved accuracy compared to the usually assumed first-order low-pass model.     

850nm氧化物限制型VCSEL的温度特性

采用热封闭系统对850nm氧化物限制型VCSEL的温度特性进行了研究．实验证实该器件在80℃仍能正常工作,在20～80℃的温度区间内,器件的斜率效率由0.3mW/mA降到0.2mW/mA．根据阈值电流的温度依赖性得出T0=350K,器件的基模红移为0.11nm/mW,实验确定其热阻为2.02℃/mW．     

Thermal resistance evaluation of high-speed VCSELs: an isothermaloptical transient technique

A new method for the estimation of the overall thermal resistance of high-speed vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) is presented. The method is based on an isothermal optical transient (IOT) approach heavily relying on the following two basic features: 1) the high-speed VCSELs have an optical-electrical transient response much faster than their thermal response, and 2) each operating point, defined by the driving current, the emitted optical power, and the internal temperature of the VCSEL is unique. As a proof of concept, the IOT procedure has been simulated using accurate VCSEL models. These simulations have clearly demonstrated the potential of the IOT method to achieve accurate estimates of the overall thermal resistance of VCSELs     

互注入VCSEL非线性及同步特性的理论研究

考虑到瓦注入耦合特有的非线性效应,建立了互注入式垂直腔面发射激光器（VCSEL）的理论模型,推导了系统注入锁定范围的解析表达式,理论研究了互注入的同步类型以及注入延时对系统非线性行为的影响。结果表明：在激光器参数相同的理想情况下,系统能实现完全同步,此时注入延时会影响VCSEL的运行状态;当存在参数偏差或噪声时,系统能实现延时同步,此时注入延时对同步质量的影响呈阶梯状。仿真结果验证了所推导的锁定范围表达式的正确性,发现注入锁定范围与注入量的平方根成难比。     

Fabrication and Characteristics of high-speed oxide-confined VCSELs using InGaAsP-InGaP strain-compensated MQWs

This paper presents the fabrication and characteristics of high-performance 850-nm InGaAsP-InGaP strain-compensated multiple-quantum-well (MQW) vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs). The InGaAsP-InGaP MQW's composition was optimized through theoretical calculations, and the growth condition was optimized using photoluminescence. These VCSELs exhibit superior performance with characteristics threshold currents /spl sim/0.4 mA and slope efficiencies /spl sim/0.6 mW/mA. The threshold current change with temperature is less than 0.2 mA, and the slope efficiency drops less than /spl sim/30% when the substrate temperature is raised from room temperature to 85/spl deg/C. A high modulation bandwidth of 14.5 GHz and a modulation current efficiency factor of 11.6 GHz/(mA)/sup 1/2/ are demonstrated. The authors have accumulated life test data up to 1000 h at 70/spl deg/C/8 mA.