من السهل دمج الليزر الباعث للضوء من النوع العمودي (VCSEL) على الرقاقة، وهو عنصر فائق الأهمية في الأنظمة مثل الليدار والإضاءة الأمنية. لكن ظاهرة التسخين الذاتي الشديدة داخل جهاز VCSEL تؤثر على قدرة الإخراج وخصائص السرعة والاستقرار، لذا فإن تقنيات إدارة الحرارة لـ VCSEL تحظى بأهمية كبيرة. اعتماد طريقة تغليف محسّنة يمكن أن يزيد بشكل فعال من تبديد الحرارة، مما يعد وسيلة مهمة لتحسين الأداء الحراري لـ VCSEL. تعتمد هذه الدراسة على نموذج حسابي باستخدام طريقة العناصر المحدودة (Finite-element method، FEM) لتحليل الخصائص الحرارية لأجهزة VCSEL بأنواع مختلفة من التغليف وطبقة نحاسية مغطاة على سطح الجهاز. أظهرت نتائج المحاكاة أنه بالمقارنة مع طريقة التغليف التي تصدر الضوء من الأعلى، فإن التغليف العكسي مع الإضاءة من الركيزة (مع نقش كامل للطبقات العاكسة العلوية والسفلية - DBR) يمكن أن يقلل بشكل فعال من درجة حرارة المنطقة النشطة بأكثر من 56%. مع زيادة قطر سطح الجهاز، تنخفض درجة الحرارة والمقاومة الحرارية بشكل ملحوظ في الأجهزة ذات التغليف العلوي، حيث تنخفض درجة الحرارة بحوالي 50 درجة مئوية والمقاومة الحرارية بأكثر من 3.25 كلفن/ميلي واط. بينما يرتفع درجة الحرارة والمقاومة الحرارية ببطء في الأجهزة التي تستخدم تغليفًا عكسيًا مع نقش كامل لطبقات DBR العلوية والسفلية أو نقش فقط لطبقة P-DBR، حيث ترتفع درجة الحرارة بحوالي 2 درجة مئوية والمقاومة الحرارية بحوالي 0.15 كلفن/ميلي واط. تغطية سطح الجهاز (الوجه العلوي، الجوانب، والركيزة) بطبقة نحاسية يمكن أن تقلل بشكل فعال من درجة حرارة المنطقة النشطة وتحسن المقاومة الحرارية، حيث إن سماكة طبقة النحاس 3 ميكرومتر تجعل درجة الحرارة تنخفض بنسبة 43% والمقاومة الحرارية بنسبة 1.9 كلفن/ميلي واط. تحلل هذه الدراسة تأثير طريقة التغليف على الخصائص الحرارية لـ VCSEL وتقترح مخططات تحسين ذات دلالة إرشادية للتغليف عالي الفعالية لتبديد حرارة VCSEL.

الليزر الباعث للضوء من النوع العمودي (VCSEL); الخصائص الحرارية; درجة الحرارة; المقاومة الحرارية