Вертикально-излучающие лазеры с поверхностным эмиттером (VCSEL) легко интегрируются на чип, являясь ключевыми оптоэлектронными устройствами в таких системах, как лидар и системы освещения безопасности. Однако сильный эффект саморазогрева внутри VCSEL влияет на выходную мощность, высокочастотные характеристики и стабильность устройства, поэтому методы теплового управления VCSEL имеют чрезвычайно важное значение. Применение оптимизированных методов упаковки позволяет эффективно увеличить тепловое рассеяние и является важным способом улучшения тепловых характеристик VCSEL. В данной работе на основе модели вычислений методом конечных элементов (FEM) проведён численный анализ тепловых характеристик VCSEL с различными способами упаковки и покрытием медным тонким слоем на поверхности устройства. Результаты моделирования показывают, что по сравнению с упаковкой с выходом света сверху, флип-чип упаковка с выходом света через подложку (полное травление верхних и нижних DBR) эффективно снижает температуру активной зоны более чем на 56%. По мере увеличения диаметра устройства, температура и тепловое сопротивление устройств с верхним выходом света существенно снижаются, температура падает примерно на 50 ℃, тепловое сопротивление уменьшается более чем на 3,25 K/mW; в то время как устройства с полной структурой травления верхних и нижних DBR с флип-чип упаковкой и устройства с травлением только P-DBR структурой с флип-чип упаковкой демонстрируют постепенный рост температуры и теплового сопротивления, температура растет примерно на 2 ℃, тепловое сопротивление увеличивается примерно на 0,15 K/mW. Покрытие поверхности устройства (верхняя поверхность, боковые стенки и подложка) медным слоем эффективно снижает температуру активной зоны и улучшает тепловое сопротивление; при толщине медного слоя 3 мкм температура активной зоны снижается на 43%, тепловое сопротивление уменьшилось на 1,9 K/mW. В статье проанализировано влияние способов упаковки на тепловые характеристики VCSEL и предложены соответствующие оптимизационные решения, имеющие руководящее значение для эффективного теплоотвода VCSEL.

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