Вертикально-излучающие лазеры с распределёнными брэгговскими отражателями (VCSEL) легко интегрируются на чип, являются ключевыми оптоэлектронными устройствами в системах лазерного радара, охранного освещения и др. Однако интенсивный внутренний саморазогрев VCSEL существенно влияет на выходную мощность устройства, его высокоскоростные характеристики и стабильность, поэтому технологии теплового управления VCSEL крайне важны. Использование оптимизированных методов упаковки может эффективно увеличить тепловой рассеиватель VCSEL и является важным способом улучшения тепловых характеристик VCSEL. В данной работе на основе численного моделирования методом конечных элементов (FEM) проведён численный анализ тепловых характеристик VCSEL с различными способами упаковки и с покрытием поверхности устройства медной тонкой пленкой. Результаты моделирования показывают, что по сравнению с верхним выходом излучения, область с обратным выводом (полное травление верхнего и нижнего DBR) с установкой обратным монтажом эффективно снижает температуру активной области более чем на 56%. При постепенном увеличении диаметра столешницы устройства температура и тепловое сопротивление устройств с верхним выходом излучения значительно снижаются: температура снижается примерно на 50 ℃, тепловое сопротивление более чем на 3,25 K/mW; в то время как устройства с полным травлением верхнего/нижнего DBR и обратным монтажом, а также устройства с травлением только P-DBR и обратным монтажом показывают медленное повышение температуры и теплового сопротивления: температура повышается примерно на 2 ℃, тепловое сопротивление - на 0,15 K/mW. Покрытие поверхности столешницы, боковых стенок и подложки тонким слоем меди эффективно снижает температуру активной области и улучшает тепловое сопротивление; при толщине медного покрытия 3 мкм температура активной области снижается на 43%, а тепловое сопротивление - на 1,9 K/mW. В статье анализируется влияние способов упаковки на тепловые характеристики VCSEL и предлагаются соответствующие оптимизационные решения, имеющие руководящее значение для эффективного теплоотвода VCSEL.

Вертикально-излучающие лазеры (VCSEL); тепловые характеристики; температура; тепловое сопротивление