垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）はチップ上への集積が容易であり、ライダーや防犯照明などのシステムにおける重要な光電子デバイスです。しかし、VCSELデバイス内部での深刻な自己発熱現象は、デバイスの出力パワー、高速特性、安定性などに影響を与えるため、VCSELの熱管理技術は非常に重要です。最適化されたパッケージング方式の採用は、VCSELの熱拡散を効果的に増加させることができ、VCSELの熱性能改善の重要な手法です。本稿は有限要素法（Finite-element method, FEM）計算モデルに基づき、異なるパッケージング方式およびデバイス表面に銅薄膜を覆ったVCSELの熱特性について数値解析を行いました。シミュレーション結果は、上方光出射パッケージング方式と比較して、基板光出射（上下DBRを完全にエッチングした）フリップチップパッケージング方式が能動領域の温度を56％以上効果的に低減できることを示しています。デバイスのチップ径が徐々に大きくなるにつれて、上方光出射方式のデバイスの温度と熱抵抗は大幅に低下し、温度は約50 ℃低下し、熱抵抗は3.25 K/mW以上低下します。一方、上下DBR構造を完全にエッチングしフリップチップパッケージング方式を採用したデバイス、およびP-DBR構造のみエッチングしフリップチップパッケージング方式を採用したデバイスは、温度と熱抵抗が徐々に上昇傾向を示し、温度は約2 ℃上昇し、熱抵抗は約0.15 K/mW上昇します。デバイスのチップ面、側壁および基板上面に銅層を覆うことは、能動領域の温度を効果的に低減し、熱抵抗を改善することができ、銅層の厚さが3 μmの時、能動領域の温度は43％低下し、熱抵抗は1.9 K/mW低下します。本稿はパッケージング方式がVCSELの熱特性に与える影響を分析し、対応する最適化案を提案しており、VCSELの効果的な放熱パッケージングに対して指導的意義を持ちます。

垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）; 熱特性; 温度; 熱抵抗