Les lasers à cavité verticale émettant par surface (VCSEL) sont faciles à intégrer sur puce et constituent des dispositifs optoélectroniques clés dans des systèmes tels que le LiDAR et l'éclairage de sécurité. Cependant, le phénomène important d'auto-chauffage à l'intérieur des dispositifs VCSEL affecte la puissance de sortie, les caractéristiques à haute vitesse et la stabilité, ce qui rend la gestion thermique des VCSEL très importante. L'utilisation de méthodes d'emballage optimisées peut efficacement augmenter la dissipation thermique des VCSEL et est une méthode clé pour améliorer leurs performances thermiques. Cet article s'appuie sur un modèle de calcul par éléments finis (FEM) pour effectuer une analyse numérique des caractéristiques thermiques des VCSEL avec différentes méthodes d'emballage et une couche mince de cuivre recouvrant la surface de l'appareil. Les résultats de la simulation montrent qu'en comparaison avec l'emballage à sortie supérieure, le boîtier à sortie par substrat retourné (avec gravure complète des DBR supérieurs et inférieurs) peut réduire efficacement la température de la zone active de plus de 56 %. Avec l'augmentation progressive du diamètre de la surface de l'appareil, la température et la résistance thermique des dispositifs à sortie supérieure diminuent de manière significative, la température baisse d'environ 50 ℃ et la résistance thermique diminue de plus de 3,25 K/mW ; alors que pour les dispositifs avec structure gravée complète des DBR supérieurs et inférieurs et emballage retourné, ainsi que ceux avec seule gravure P-DBR et emballage retourné, la température et la résistance thermique augmentent légèrement, la température augmentant d'environ 2 ℃ et la résistance thermique d'environ 0,15 K/mW. La couverture par une couche de cuivre sur la surface de l'appareil, la paroi latérale et la surface du substrat peut réduire efficacement la température de la zone active et améliorer la résistance thermique. Lorsque l'épaisseur de la couche de cuivre est de 3 μm, la température de la zone active diminue de 43 % et la résistance thermique baisse de 1,9 K/mW. Cet article analyse l'impact des méthodes d'emballage sur les caractéristiques thermiques des VCSEL et propose des solutions d'optimisation correspondantes, offrant une orientation importante pour un emballage à dissipation thermique efficace des VCSEL.

Laser à cavité verticale émettant par surface (VCSEL); caractéristiques thermiques; température; résistance thermique