Vertikal emittierende Halbleiterlaser (VCSELs) sind leicht auf einem Chip zu integrieren und spielen eine Schlüsselrolle in optoelektronischen Geräten wie Laserradarsystemen, Sicherheitsbeleuchtung usw. VCSEL-Geräte weisen jedoch schwerwiegende spontane Erwärmungsphänomene auf, die die Ausgangsleistung, die Hochgeschwindigkeitseigenschaften und die Stabilität der Geräte beeinflussen können. Daher ist die Wärmemanagement-Technologie für VCSELs von großer Bedeutung, und die Verwendung optimierter Verpackungsmethoden kann die Wärmeableitung von VCSELs effektiv erhöhen, was eine wichtige Methode zur Verbesserung der thermischen Leistung von VCSELs ist. Basierend auf einem Finite-Elemente-Methoden (FEM) Berechnungsmodell wurde in diesem Artikel eine numerische Analyse der thermischen Eigenschaften von VCSELs mit einer oberflächengedeckten Kupferdünnschicht für verschiedene Verpackungsmethoden und Geräteoberflächen durchgeführt. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die rückseitige Montage (vollständiges Ätzen ober- und unterhalb des DBR) im Vergleich zur Top-Emitting-Verpackung die Temperatur des aktiven Bereichs effektiv reduzieren kann und um mehr als 56% reduziert. Mit zunehmendem Durchmesser der Geräteoberfläche kann die Top-Emitting-Verpackung die Gerätetemperatur und den Wärmewiderstand signifikant reduzieren, wobei die Temperatur um etwa 50 °C und der Wärmewiderstand um mehr als 3,25 K/mW reduziert wird; während die vollständig geätzte obere und untere DBR-Struktur und die Verwendung der rückseitigen Montage und die Struktur nur der geätzten P-DBR und die rückseitige Montage einen langsamen Anstieg der Gerätetemperatur und des Wärmewiderstands aufweisen, wobei die Temperatur des Geräts um etwa 2 °C und der Wärmewiderstand um etwa 0,15 K/mW steigt. Durch das Abdecken einer Kupferschicht auf der Oberfläche des Gerätetisches, der Seitenwand und der Unterlage kann die Temperatur des aktiven Bereichs effektiv reduziert und der Wärmewiderstand verbessert werden. Wenn die Kupferschichtdicke 3 µm beträgt, sinkt die Temperatur des aktiven Bereichs um 43% und der Wärmewiderstand um 1,9 K/mW. In diesem Artikel wird die Auswirkung der Verpackungsmethode auf die thermischen Eigenschaften von VCSELs analysiert und entsprechende Optimierungsvorschläge gemacht, die richtungsweisend für die effektive Wärmeableitung von VCSELs sind.

Vertikal emittierende Halbleiterlaser (VCSELs); thermische Eigenschaften; Temperatur; Wärmewiderstand