Los láseres de cavidad vertical con emisión por superficie (VCSEL) son fáciles de integrar en el chip y son dispositivos optrónicos clave en sistemas como radares láser e iluminación de seguridad. Sin embargo, el fenómeno de autocalentamiento grave dentro del dispositivo VCSEL afecta la potencia de salida del dispositivo, las características de alta velocidad y la estabilidad, por lo que la tecnología de gestión térmica de VCSEL es extremadamente importante. El uso de métodos de embalaje optimizados puede aumentar eficazmente la disipación térmica de VCSEL y es un método importante para mejorar el rendimiento térmico de VCSEL. Este artículo se basa en un modelo de cálculo por elementos finitos (FEM) para realizar un análisis numérico de las características térmicas del VCSEL con diferentes métodos de embalaje y superficies del dispositivo cubiertas con una capa delgada de cobre. Los resultados de la simulación muestran que, en comparación con el método de embalaje de salida de luz superior, el embalaje flip-chip con emisión por el sustrato (DBR superior e inferior completamente grabados) puede reducir eficazmente la temperatura de la zona activa en más del 56%. A medida que el diámetro de la superficie del dispositivo aumenta gradualmente, la temperatura y la resistencia térmica del dispositivo con salida de luz superior disminuyen significativamente: la temperatura disminuye alrededor de 50 ℃ y la resistencia térmica disminuye más de 3.25 K/mW; mientras que para dispositivos con la estructura de DBR superior e inferior completamente grabada y embalaje flip-chip, así como para dispositivos con solo el P-DBR grabado y embalaje flip-chip, la temperatura y la resistencia térmica muestran una tendencia lenta al aumento, con una subida de temperatura de alrededor de 2 ℃ y un aumento de resistencia térmica de aproximadamente 0.15 K/mW. Cubrir la cima del dispositivo, las paredes laterales y la superficie superior del sustrato con una capa de cobre puede reducir eficazmente la temperatura de la zona activa y mejorar la resistencia térmica. Cuando el grosor de la capa de cobre es de 3 μm, la temperatura de la zona activa disminuye un 43 % y la resistencia térmica disminuye 1.9 K/mW. Este artículo analiza el impacto de los métodos de embalaje en las características térmicas de VCSEL y propone soluciones de optimización correspondientes, lo que tiene un significado orientativo para el embalaje eficaz de disipación térmica de VCSEL.

Láser de cavidad vertical con emisión por superficie (VCSEL); características térmicas; temperatura; resistencia térmica