氧化孔径对VCSEL功耗和效率的影响

发布时间：2020-12-11 08:49

　　高温导致垂直腔面发射激光器（VCSEL）的输出功率滚降,功率转换效率降低。为了研究高环境温度中VCSEL的温度稳定性和功率转换效率,通过测试不同环境温度下不同氧化孔径波长850 nm VCSEL的P-I-V曲线,发现在相同注入电流下,随着环境温度的升高,VCSEL的氧化孔径越大,功率损耗增加越明显,而小氧化孔径的VCSEL功率损耗受温度的影响很小。室温下VCSEL的氧化孔径越大,功率转换效率越高,但当环境温度高于一定值时,中等氧化孔径（约5μm）的VCSEL反而具有更高的功率转换效率。通过分析温度对VCSEL微分电阻等功率损耗的影响,发现适当降低氧化孔径,有利于实现VCSEL在高环境温度中高的功率转换效率。 

【文章来源】：半导体技术. 2020年11期 第867-873页 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

实验所用850 nm VCSEL的结构截面图

不同环境温度下测试得到的不同氧化孔径(3,4,5,6和7 μm)VCSEL的P-I-V曲线,以及微分电阻(Rs)、微分电阻功率损耗(Presis)、总功率损耗(Ptotal)和功率转换效率(ηcon)随I的变化分别如图2～图6所示。图中:Rs=dVb/dIb,其中Vb为偏置电压,Ib为偏置电流;Presis=Ib2Rs;Ptotal=IbVb-P,其中P为输出光功率;ηcon=P/(IbVb)。由图2～图6中的图(b)可以看出,随着注入电流的增加,VCSEL的微分电阻快速下降。一方面是由于VCSEL内建电场随偏置电压的增大逐渐减小,另一方面是因为随着注入电流的增加,DBR异质结界面处电荷积累增加,串联电阻进一步降低[17-18]。在相同注入电流下,VCSEL氧化孔越大,微分电阻越小,说明氧化孔强烈的电流限制作用产生了较大的串联电阻。图3 不同环境温度下4 μm氧化孔径VCSEL的P-I-V曲线,以及Rs、Presis、Ptotal和ηcon随I的变化

图2 不同环境温度下3 μm氧化孔径VCSEL的P-I-V曲线,以及Rs、Presis、Ptotal和ηcon随I的变化图4 不同环境温度下5 μm氧化孔径VCSEL的P-I-V曲线,以及Rs、Presis、Ptotal和ηcon随I的变化

【参考文献】：
期刊论文
[1]Vertical-cavity surface-emitting lasers for data communication and sensing[J]. ANJIN LIU,PHILIP WOLF,JAMES A.LOTT,DIETER BIMBERG.  Photonics Research. 2019(02)
[2]850nm氧化物限制型VCSEL的温度特性[J]. 张永明,钟景昌,赵英杰,郝永芹,李林,王玉霞,苏伟.  半导体学报. 2005(05)



本文编号：2910234