808nm VCSEL阵列的热特性研究
发布时间：2022-07-20 12:48
垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL）具有光束质量好、动态单纵模工作、功耗低、波长稳定性好等优异特性,特别是它易于高密度二维面阵集成,广泛应用于光识别、光互联系统、光存储等领域。近年来随着材料及工艺技术改进,VCSEL在智能手机人脸识别、无人机避障、VR/AR、扫地机器人、家用摄像头等领域发挥越来越重要的作用,随着5G通讯的快速发展和应用,VCSEL将会成为不可或缺的主要元件。然而VCSEL由于分布布拉格反射镜的引入使得器件的热效应十分严重,特别是在VCSEL集成为阵列器件时,单元器件之间存在热串扰现象,使得VCSEL阵列器件的热效应比单管器件的更加严重,从而使器件的阈值增加、输出功率下降,对器件的工作寿命和可靠性产生严重影响。因此,研究VCSEL的热特性,解决单元器件间的热串扰问题,对于提高器件的使用寿命具有特别重要的意义。本文基于VCSEL的相关热理论,论述了热效应对VCSEL器件性能产生的影响,通过优化阵列单元间距及排布方式改善阵列的热特性。利用ANSYS软件进行仿真模拟,研究了不同单元间距对热串扰现象及热扩...
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 垂直腔面发射激光器(VCSEL)简介
1.1.1 VCSEL的基本结构
1.1.2 VCSEL的特点及优势
1.1.3 VCSEL的应用
1.2 808nm VCSEL的研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 国内外研究现状对比分析
1.3 本论文的研究背景及意义
1.4 本论文的主要内容
第2章 VCSEL热特性理论基础
2.1 温升对VCSEL性能的影响
2.1.1 对激射波长的影响
2.1.2 对阈值电流的影响
2.1.3 对器件输出功率的影响
2.1.4 对器件寿命的影响
2.2 VCSEL的热传输
2.3 VCSEL热产生机理
2.4 阵列单元间的热串扰
2.5 本章小结
第3章 ANSYS热特性模拟分析
3.1 有限元法及ANSYS软件
3.1.1 有限元法及其特点
3.1.2 有限元分析软件—ANSYS
3.2 ANSYS模型建立及操作流程
3.2.1 前处理阶段
3.2.2 求解部分
3.2.3 后处理部分
3.3 不同阵列间距的稳态热分析
3.4 阵列排布方式对温升的影响
3.5 本章小结
第4章 VCSEL中 GaAs/AlGaAs的选择性刻蚀技术研究
4.1 刻蚀工艺
4.2 湿法刻蚀工艺的研究
4.2.1 实验原理及方法
4.2.2 刻蚀速率及形貌分析
4.3 干法刻蚀工艺的研究
4.3.1 实验原理及方法
4.3.2 刻蚀速率及形貌分析
4.4 本章小结
第5章 808nm VCSEL阵列制备及特性分析
5.1 808nm VCSEL阵列工艺流程的设计
5.2 808nm VCSEL阵列器件的制备
5.3 器件特性分析
5.4 本章小结
第6章 结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的实验研究[J]. 李颖,周广正,兰天,王智勇. 发光学报. 2018(12)
[2]4×15 Gbit/s 850 nm垂直腔面发射激光器列阵[J]. 吕朝晨,王青,尧舜,周广正,于洪岩,李颖,郎陆广,兰天,张文甲,梁辰余,张杨,赵风春,贾海峰,王光辉,王智勇. 光学学报. 2018(05)
[3]808nm垂直腔面发射激光器列阵的温度特性分析[J]. 张金胜,宁永强,张金龙,张建伟,张建,王立军. 发光学报. 2013(12)
[4]大功率垂直腔面发射激光器列阵的热模拟及优化[J]. 张立森,宁永强,刘迪,张星,秦莉,刘云,王立军. 发光学报. 2012(11)
[5]808nm InGaAlAs垂直腔面发射激光器的结构设计[J]. 张艳,宁永强,张金胜,张立森,张建伟,王贞福,刘迪,秦莉,刘云,王立军. 中国激光. 2011(09)
[6]GaAs/AlGaAs多层膜刻蚀的陡直度[J]. 罗跃川,韩尚君,王雪敏,吴卫东,唐永建. 信息与电子工程. 2011(03)
[7]808nm大孔径垂直腔面发射激光器研究[J]. 郝永芹,冯源,王菲,晏长岭,赵英杰,王晓华,王玉霞,姜会林,高欣,薄报学. 物理学报. 2011(06)
[8]半导体激光器散热技术研究及进展[J]. 程东明,杜艳丽,马凤英,段智勇,郭茂田. 电子与封装. 2007(03)
[9]HF/CrO3溶液对AlGaAs的选择性湿法刻蚀应用于楔型结构的制备[J]. 黄辉,黄永清,任晓敏,高俊华,罗丽萍,马骁宇. 半导体学报. 2002(02)
[10]GaAs、AlAs、DBR反应离子刻蚀速率的研究[J]. 刘文楷,林世鸣,武术,朱家廉,高俊华,渠波,陆建祖,廖奇为,邓晖,陈弘达. 半导体学报. 2001(09)
博士论文
[1]大功率垂直腔面发射激光器的结构设计与研制[D]. 张立森.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[2]高功率垂直腔面发射激光器的热行为特性[D]. 刘迪.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[3]高功率垂直腔面发射激光器的设计及制备[D]. 郝永芹.长春理工大学 2007
硕士论文
[1]895nm垂直腔面发射激光器的制备及光谱分析[D]. 梁静.长春理工大学 2019
[2]976nm大功率VCSEL的结构计算与氧化工艺研究[D]. 张天杰.西安理工大学 2018
[3]单模高功率VCSEL的结构优化与特性仿真[D]. 王霞.长春理工大学 2018
[4]基于表面等离子体的垂直腔面发射激光器的设计和研究[D]. 王文娟.北京工业大学 2015
[5]半导体激光器热特性分析研究[D]. 何海强.长春理工大学 2015
[6]可见光垂直腔面发射激光器的热特性分析[D]. 高亮.长春理工大学 2014
[7]GaAs/AlGaAs双波段量子阱红外探测器关键工艺研究[D]. 孙丽媛.北京工业大学 2013
[8]可见光垂直腔面发射激光器阵列的研制及热特性优化[D]. 宋小卯.长春理工大学 2013
[9]808-nm垂直腔面发射激光器的结构设计与研制[D]. 张艳.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[10]基于ANSYS的垂直腔面发射激光器热特性的研究[D]. 吴志全.长春理工大学 2011
本文编号：3664033
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 垂直腔面发射激光器(VCSEL)简介
1.1.1 VCSEL的基本结构
1.1.2 VCSEL的特点及优势
1.1.3 VCSEL的应用
1.2 808nm VCSEL的研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 国内外研究现状对比分析
1.3 本论文的研究背景及意义
1.4 本论文的主要内容
第2章 VCSEL热特性理论基础
2.1 温升对VCSEL性能的影响
2.1.1 对激射波长的影响
2.1.2 对阈值电流的影响
2.1.3 对器件输出功率的影响
2.1.4 对器件寿命的影响
2.2 VCSEL的热传输
2.3 VCSEL热产生机理
2.4 阵列单元间的热串扰
2.5 本章小结
第3章 ANSYS热特性模拟分析
3.1 有限元法及ANSYS软件
3.1.1 有限元法及其特点
3.1.2 有限元分析软件—ANSYS
3.2 ANSYS模型建立及操作流程
3.2.1 前处理阶段
3.2.2 求解部分
3.2.3 后处理部分
3.3 不同阵列间距的稳态热分析
3.4 阵列排布方式对温升的影响
3.5 本章小结
第4章 VCSEL中 GaAs/AlGaAs的选择性刻蚀技术研究
4.1 刻蚀工艺
4.2 湿法刻蚀工艺的研究
4.2.1 实验原理及方法
4.2.2 刻蚀速率及形貌分析
4.3 干法刻蚀工艺的研究
4.3.1 实验原理及方法
4.3.2 刻蚀速率及形貌分析
4.4 本章小结
第5章 808nm VCSEL阵列制备及特性分析
5.1 808nm VCSEL阵列工艺流程的设计
5.2 808nm VCSEL阵列器件的制备
5.3 器件特性分析
5.4 本章小结
第6章 结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的实验研究[J]. 李颖,周广正,兰天,王智勇. 发光学报. 2018(12)
[2]4×15 Gbit/s 850 nm垂直腔面发射激光器列阵[J]. 吕朝晨,王青,尧舜,周广正,于洪岩,李颖,郎陆广,兰天,张文甲,梁辰余,张杨,赵风春,贾海峰,王光辉,王智勇. 光学学报. 2018(05)
[3]808nm垂直腔面发射激光器列阵的温度特性分析[J]. 张金胜,宁永强,张金龙,张建伟,张建,王立军. 发光学报. 2013(12)
[4]大功率垂直腔面发射激光器列阵的热模拟及优化[J]. 张立森,宁永强,刘迪,张星,秦莉,刘云,王立军. 发光学报. 2012(11)
[5]808nm InGaAlAs垂直腔面发射激光器的结构设计[J]. 张艳,宁永强,张金胜,张立森,张建伟,王贞福,刘迪,秦莉,刘云,王立军. 中国激光. 2011(09)
[6]GaAs/AlGaAs多层膜刻蚀的陡直度[J]. 罗跃川,韩尚君,王雪敏,吴卫东,唐永建. 信息与电子工程. 2011(03)
[7]808nm大孔径垂直腔面发射激光器研究[J]. 郝永芹,冯源,王菲,晏长岭,赵英杰,王晓华,王玉霞,姜会林,高欣,薄报学. 物理学报. 2011(06)
[8]半导体激光器散热技术研究及进展[J]. 程东明,杜艳丽,马凤英,段智勇,郭茂田. 电子与封装. 2007(03)
[9]HF/CrO3溶液对AlGaAs的选择性湿法刻蚀应用于楔型结构的制备[J]. 黄辉,黄永清,任晓敏,高俊华,罗丽萍,马骁宇. 半导体学报. 2002(02)
[10]GaAs、AlAs、DBR反应离子刻蚀速率的研究[J]. 刘文楷,林世鸣,武术,朱家廉,高俊华,渠波,陆建祖,廖奇为,邓晖,陈弘达. 半导体学报. 2001(09)
博士论文
[1]大功率垂直腔面发射激光器的结构设计与研制[D]. 张立森.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[2]高功率垂直腔面发射激光器的热行为特性[D]. 刘迪.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[3]高功率垂直腔面发射激光器的设计及制备[D]. 郝永芹.长春理工大学 2007
硕士论文
[1]895nm垂直腔面发射激光器的制备及光谱分析[D]. 梁静.长春理工大学 2019
[2]976nm大功率VCSEL的结构计算与氧化工艺研究[D]. 张天杰.西安理工大学 2018
[3]单模高功率VCSEL的结构优化与特性仿真[D]. 王霞.长春理工大学 2018
[4]基于表面等离子体的垂直腔面发射激光器的设计和研究[D]. 王文娟.北京工业大学 2015
[5]半导体激光器热特性分析研究[D]. 何海强.长春理工大学 2015
[6]可见光垂直腔面发射激光器的热特性分析[D]. 高亮.长春理工大学 2014
[7]GaAs/AlGaAs双波段量子阱红外探测器关键工艺研究[D]. 孙丽媛.北京工业大学 2013
[8]可见光垂直腔面发射激光器阵列的研制及热特性优化[D]. 宋小卯.长春理工大学 2013
[9]808-nm垂直腔面发射激光器的结构设计与研制[D]. 张艳.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[10]基于ANSYS的垂直腔面发射激光器热特性的研究[D]. 吴志全.长春理工大学 2011
本文编号：3664033
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