Os lasers emissores de superfície de cavidade vertical (VCSEL) são fáceis de integrar em chip e são dispositivos optoeletrônicos chave em sistemas como LiDAR e iluminação de segurança. No entanto, o severo fenômeno de autoaquecimento dentro do dispositivo VCSEL afeta a potência de saída, as características de alta velocidade e a estabilidade do dispositivo; portanto, a tecnologia de gerenciamento térmico do VCSEL é de grande importância. A adoção de um método de encapsulamento otimizado pode aumentar efetivamente a dissipação térmica do VCSEL, sendo um método importante para melhorar o desempenho térmico do VCSEL. Este artigo, baseado em um modelo de cálculo pelo método de elementos finitos (FEM), realiza uma análise numérica das características térmicas dos VCSELs com diferentes métodos de encapsulamento e uma fina camada de cobre cobrindo a superfície do dispositivo. Os resultados da simulação mostram que, em comparação com o método de encapsulamento de emissão superior, o encapsulamento flip-chip com emissão pela base (etching completo dos DBRs superior e inferior) pode reduzir efetivamente a temperatura da área ativa em mais de 56%. À medida que o diâmetro do dispositivo aumenta, a temperatura e a resistência térmica dos dispositivos com encapsulamento de emissão superior diminuem significativamente, a temperatura cai cerca de 50 ℃ e a resistência térmica diminui mais de 3,25 K/mW; enquanto que para dispositivos com estrutura DBR superior e inferior totalmente etchada e encapsulamento flip-chip, e dispositivos com estrutura P-DBR apenas etchada e encapsulamento flip-chip, tanto a temperatura quanto a resistência térmica apresentam uma tendência de aumento gradual, a temperatura aumenta cerca de 2 ℃ e a resistência térmica aumenta cerca de 0,15 K/mW. A cobertura da superfície do dispositivo (mesa, laterais e base) com uma camada de cobre pode reduzir efetivamente a temperatura da área ativa e melhorar a resistência térmica; quando a espessura da camada de cobre é de 3 μm, a temperatura da área ativa diminui 43% e a resistência térmica diminui 1,9 K/mW. Este artigo analisa o impacto dos métodos de encapsulamento nas características térmicas do VCSEL e propõe soluções de otimização correspondentes, com significado orientativo para encapsulamento eficaz para dissipação térmica do VCSEL.

Laser emissor de superfície de cavidade vertical (VCSEL); características térmicas; temperatura; resistência térmica