GaN基半导体激光器稳态热分析

GaN基蓝光半导体激光器逐渐进入人们的视野,被广泛应用于数据存储、激光显示、光学通信、激光武器等民用和军用领域。本文基于合理可靠的GaN基半导体激光器散热模型,利用ANSYS有限元分析软件进行稳态工作条件下的热特性模拟仿真。分别研究了AlN、CVD金刚石、SiC以及WCu10四种过渡热沉材料对半导体激光器散热特性的影响。AlN、CVD金刚石、SiC、WCu10四种过渡热沉材料封装对应器件最高温度分别为87.46˚C、66.68˚C、71.32˚C、85.28˚C。结果显示,SiC与CVD金刚石材料在降低器件温升方面表现出巨大潜力。

红外波段超辐射发光二极管研究进展

超辐射发光二极管(SLD)具有高功率、宽光谱和低相干性等光学特性,在光纤通信、工业国防、生物影像和痕量气体检测等领域具有极高的应用价值。本文聚焦于SLD的输出功率与光谱宽度特性,综合评述了量子阱、量子点近红外SLD与量子级联中红外SLD的研究进展。详细介绍了InP基量子短线、混合量子点量子阱与异维量子点量子阱等新型有源结构,以及量子点掺杂与区域混杂等相关工艺技术。最后,概述了SLD的应用前景,并对SLD的潜在研究方向和技术发展应用趋势进行了展望。

一种新型环形上DBR刻蚀微结构VCSEL及其空心光束

设计了带有质子注入高阻区的刻蚀微结构面发射半导体激光器结构,使得从出光口到上DBR形成环形波导,进而直接产生空心激光束输出。使用FDTD软件计算了刻蚀微结构VCSEL的光场分布,得到的环形模式图样在不同模式数目下都能保持空心光束的特性。制备了室温下激射波长为848 nm的微结构VCSEL,并测试其输出特性。阈值电流为0.27 A,峰值功率最高可达170 mW。不同电流下的近场图都显示出非常明显的空心环形光斑,远场光强分布曲线也符合空心光束的特性。该新型VCSEL技术为空心光束甚至阵列器件的发展提供了一种新的方法。

微盘腔半导体激光器阵列热分析

微腔激光器由于其具有几何图形简单、体积小、阈值低、可动态模操作、易与其他电子元件集成等优势被人们广泛研究。对已实现定向输出的微腔激光器,可通过阵列分布方式有效提高其输出功率。本文通过建立微盘腔半导体激光器散热模型,利用ANSYS有限元分析软件进行稳态工作下的模拟仿真。在微盘腔激光器阵列散热模式探究的基础上,通过改变激光器阵列周期,得到了芯片温度变化规律。结果显示,在阵列周期550 µm时半径为100 µm微腔激光器阵列可以达到较为理想的散热效果。

不同过渡热沉封装微盘腔半导体激光器热分析

为了降低微盘腔半导体激光器工作时有源区的温度,提升封装的可靠性,基于Ansys Workbench有限元分析分别对AlN,WCu10,SiC,石墨烯,以及CVD金刚石过渡热沉封装的蜗线型微盘腔半导体激光器进行了热特性分析,得到了器件工作时的温度分布以及热应力、热应变分布。结果显示,SiC封装器件的有源区温度较AlN和WCu10封装器件分别降低了2.18,3.078℃,并在五种过渡热沉封装器件中表现出最低的热应力,器件热应变最小。SiC过渡热沉封装可以有效降低微盘腔半导体激光器工作时的有源区温度,同时减少封装应力与器件应变,从而提高器件的散热能力和可靠性。计算结果对半导体激光器单管散热及阵列集成散热均有指导意义。

不同焊料对微盘腔半导体激光器散热的影响

通过对微盘腔半导体激光器热特性及散热方式的理论分析,建立倒封装微盘腔半导体激光器物理散热模型,针对其在稳态工作下的热特性,利用ANSYS有限元分析软件,分析了三种焊料分别为In、Sn0.2Au0.8、Sn0.48In0.52、以及AlN散热片对微盘腔半导体激光器的散热效果的影响。结果显示,In焊料的散热效果较好,芯片温升为4.506 K;Sn0.48In0.52焊料的散热效果较差,最高温升为6.501 K;Sn0.2Au0.8焊料散热效果较In焊料略差接近0.1 K。AlN散热片的热扩散区域更大,散热效果受散热片尺寸影响比较大。从热膨胀系数、焊料热稳定性以及焊料成本来看,In焊料适用于基础实验,Sn0.2Au0.8适用于要求严格的科研实验或批量生产。