Los láseres emisores de superficie con cavidad vertical (VCSEL) son fáciles de integrar en el chip y son dispositivos optoelectrónicos clave en sistemas como LIDAR e iluminación de seguridad. Sin embargo, el severo fenómeno de autocalentamiento dentro del dispositivo VCSEL afecta la potencia de salida, las características de alta velocidad y la estabilidad del dispositivo, por lo que la tecnología de gestión térmica de VCSEL es de gran importancia. Adoptar un método de encapsulado optimizado puede aumentar eficazmente la disipación térmica de VCSEL, siendo un método importante para mejorar sus propiedades térmicas. Este artículo, basado en un modelo computacional del método de elementos finitos (FEM), realiza un análisis numérico de las características térmicas de VCSEL con diferentes métodos de encapsulado y una fina capa de cobre que cubre la superficie del dispositivo. Los resultados de la simulación muestran que, en comparación con el método de encapsulado con salida de luz superior, el encapsulado flip-chip con salida de luz por el sustrato (etching completo de DBRs superiores e inferiores) puede reducir eficazmente la temperatura de la zona activa en más de un 56%. A medida que el diámetro del dispositivo aumenta, la temperatura y la resistencia térmica de los dispositivos con encapsulado de salida superior disminuyen significativamente; la temperatura desciende aproximadamente 50 ℃ y la resistencia térmica disminuye más de 3.25 K/mW; mientras que para dispositivos con estructura de DBR superior e inferior completamente grabada con encapsulado flip-chip, y dispositivos con estructura solo P-DBR grabada y encapsulado flip-chip, la temperatura y la resistencia térmica muestran una tendencia de aumento lento, la temperatura aumenta aproximadamente 2 ℃ y la resistencia térmica aumenta alrededor de 0.15 K/mW. Cubrir la superficie del dispositivo (parte superior, paredes laterales y sustrato) con una capa de cobre puede reducir eficazmente la temperatura de la zona activa y mejorar la resistencia térmica; cuando el espesor 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 encapsulado en las características térmicas del VCSEL y propone soluciones de optimización correspondientes que tienen un significado orientativo para el encapsulado eficaz de disipación térmica del VCSEL.

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