Les lasers à cavité verticale émetteurs de surface (VCSEL) sont faciles à intégrer sur puce et constituent des composants optoélectroniques clés dans des systèmes tels que le LiDAR et l'éclairage de sécurité. Cependant, le phénomène sévère d'auto-chauffage à l’intérieur du dispositif VCSEL affecte la puissance de sortie, les caractéristiques haute vitesse et la stabilité du dispositif. Par conséquent, la gestion thermique des VCSEL est d’une importance capitale. L’adoption d’un mode de packaging optimisé peut augmenter efficacement la dissipation thermique des VCSEL, ce qui constitue une méthode importante pour améliorer leurs performances thermiques. Cet article, basé sur un modèle de calcul par éléments finis (FEM), analyse numériquement les caractéristiques thermiques des VCSEL avec différents modes de packaging et une couche mince de cuivre couvrant la surface de l’appareil. Les résultats de simulation montrent qu’en comparaison avec le packaging à sortie lumineuse par le dessus, le packaging flip-chip avec sortie lumineuse par le substrat (gravure complète des DBR supérieurs et inférieurs) peut réduire efficacement la température de la zone active de plus de 56 %. À mesure que le diamètre du dispositif augmente, la température et la résistance thermique des dispositifs avec packaging à sortie supérieure diminuent considérablement, la température baisse d’environ 50 ℃, la résistance thermique diminue de plus de 3,25 K/mW ; tandis que pour les dispositifs avec structure complètement gravée des DBR supérieurs et inférieurs et packaging flip-chip ou seulement gravure de la structure P-DBR et packaging flip-chip, la température et la résistance thermique augmentent lentement, la température augmente d’environ 2 ℃, la résistance thermique augmente d’environ 0,15 K/mW. Le fait de couvrir la surface du dispositif (surface supérieure, parois latérales et substrat) d’une couche de cuivre 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 diminue de 1,9 K/mW. Cet article analyse l’impact des modes de packaging sur les caractéristiques thermiques des VCSEL et propose des solutions d’optimisation correspondantes, ce qui a une signification directrice pour le packaging thermique efficace des VCSEL.

Lasers à cavité verticale émetteurs de surface (VCSEL); caractéristiques thermiques; température; résistance thermique