Low threshold current density, low resistance oxide-confined VCSEL fabricated by a dielectric-free approach

We present the fabrication process and experimental results of 850-nm oxide-confined vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) fabricated by using dielectric-free approach. The threshold current of 0.4 mA, which corresponds to the threshold current density of 0.5 kA/cm(2), differential resistance of 76 Omega, and maximum output power of more than 5 mW are achieved for the dielectric-free VCSEL with a square oxide aperture size of 9 mu m at room temperature (RT). L-I-V characteristics of the dielectric-free VCSEL are compared with those of conventional VCSEL with the similar aperture size, which indicates the way to realize low-cost, low-power consumption VCSELs with extremely simple process. Preliminary study of the temperature-dependent L-I characteristics and modulation response of the dielectric-free VCSEL are also presented.

高功率VCSEL中应变补偿量子阱的理论设计

利用模型固体理论、k．p理论和Pikus-Bir理论，研究了InGaAs／GaAsP应变补偿量子阱，得出了较为简单通用的设计方法；进而研究了阱宽、InGaAs中In组分和GaAsP中P组分等参数对跃迁波长的影响。理论计算发现，与InGaAs／GaAs普通量子阱相比，InGaAs／GaAsP应变补偿量子阱能提供更深的载流子阱和更大的增益。按照提出的理论设计方法，研制了含InGaAs／GaAsP应变补偿量子阱的垂直腔面发射激光器（VCSEL），理论计算和实验结果相吻合。

MEMS可调谐VCSEL的研究进展

随着全光网络和DWDM系统的发展,MEMS可调谐VCSEL由于其优越的性能,有着相当广泛的应用前景.文章从结构差异上,将近几年来国际上的有关报道分成了单悬臂型,可变形介质模型,半对称腔型和掩埋隧道结型等四类,并对每一类型作了详细的介绍.

掩埋隧道结VCSEL芯片小信号等效电路模型

提出了适用于一种1.55μm掩埋隧道结垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片的小信号等效电路模型.等效电路的提出是基于半导体激光器速率方程以及VCSEL芯片结构,电路中各元件都有严格的物理意义.根据实验测得芯片的反射系数及传输参数,通过小信号等效电路仿真模拟,得到电路各元件参数值.不同偏置电流下,模拟结果与实验结果吻合都非常好,证明了该等效电路的有效性.

High Speed VCSEL-Based Parallel Optical Transmission Modules

Design and fabrication of a parallel optical transmitter are reported. The optimized 12 channel parallel optical transmitter,with each channel＇s data rate up to 3Gbit/s,is designed, assembled, and measured. A top-emitting 850nm vertical cavity surface emitting laser（VCSEL） array is adopted as the light source,and the VCSEL chip is directly wire bonded to a 12 channel driver IC. The outputs of the VCSEL array are directly butt coupled into a 12 channel fiber array. Small form factor pluggable （SFP） packaging technology is used in the module to support hot pluggable in application. The performance results of the module are demonstrated. At an operating current of 8mA, an eye diagram at 3Gbit/s is achieved with an optical output of more than 1mW.

键合界面阻抗对VCSEL的电、热学特性的影响

采用一电阻层来表征键合界面处的阻抗.通过求泊松方程、电流密度方程、载流子扩散方程以及有源层结压降方程自洽解的方法,计算了VCSEL的电势分布,进而求解热传导方程,得到VCSEL的温度分布.详细分析了键合界面阻抗对晶片键合结构垂直腔面发射激光器内部的电势分布、温度分布以及有源层中的注入电流密度、载流子浓度、结压降和温度沿径向分布的影响.

适用于光发射机设计的实用VCSEL小信号等效电路模型

提出了一个适用于发射机中驱动电路设计的具有较高计算效率、能准确反映不同频率时与驱动电路互作用的VCSEL等效电路模型．用曲线拟合的方法结合惠普网络分析仪测得的VCSEL反射参数S11，准确地得到了等效电路模型的各个参数值，并将此等效电路模型应用到设计驱动电路的模拟中．在标准EDA环境SPICE中对驱动电路和模型进行了协同模拟，与过于简化的VCSEL模型进行了对比，通过设计驱动电路芯片证明了此模型的有效性．

VCSEL中布拉格反射体的电流机制和伏安特性

采用张弛法数值求解静电势的泊松方程,得出垂直腔面发射激光器(VCSEL)中N型和P型分布布拉格反射体(DBR)中一个周期单元的精确能带图.并以此为依据,从理论上分别分析和比较了多子漂移扩散、纯漂移和热电子发射电流机制所起的作用.指出由一对反对称同型异质结构成的DBR一个周期单元总是表现出欧姆性,但热电子发射电流机制的存在容易使每个结呈现整流特性,以致在电流输运过程中起主要作用的是其反向特性,导致偏压和电阻过大器件不能正常工作.但是漂移扩散机制具有明显欧姆性,在利用缓变DBR结构消除异质尖峰势垒之后漂移扩散机制将决定主要的电流输运.

VCSEL稳态热特性分析

使用数值方法对氧化层限制型垂直腔面发射激光器(VCSEL)内部稳态热场分布进行了计算,结果显示其分布形式取决于DBR区热导率及其与高阻限制层热导率的差异,并指出在限制层孔径变化及外加电极电压变化时对热场分布的影响;器件中温度最高的部分处于中心氧化限制层附近.有源层中温度沿径向的分布情况表明,在氧化限制孔径下方形成明显的温度台阶是导致器件有源层中产生折射率台阶的主要原因.

16信道0．35μmCMOS／VCSEL光发射模块

研究了垂直腔面发射激光器（VCSEL）及其列阵器件的光谱特性、调制特性、高频特性及与微电子电路的兼容性，将1×16的VCSEL与CMOS专用集成电路进行多芯片组装（MCM），混合集成为16信道VCSEL光发射功能模块。测试过程中，功能模块的光电特性及其均匀性良好，测量的-3dB频带芝宽度大于2GHz。

基于矢量光场的VCSEL数值模型

提出了一种基于矢量光场的氧化层限制型VCSEL的数值模型，在综合考虑激光器中电场方程、热场方程、栽流子方程的前提下，采用矢量方程对器件中的光场分布进行描述，计算表明所得结果能够更合理地反映器件实际的工作状态。文中还进一步将上述矢量场方程与传输矩阵法和时域有限差分法相结合，通过计算获得器件中光场的详细信息。

确定VCSEL电热势及载流子自洽分布算法的研究

分别使用准Fermi能级和pn结模型决定VCSEL的有源层压降，建立了两种自洽确定VCSEL中电势及载流子分布的方法，针对电极电压变化笔氧化层限制孔径变化的两种情况，在阈值附近对器件中的结电压分布、载流子浓度分布和注入有源层电流密度分布进行了计算；针对两者所得结果的差异进行了简要的分析，指出了二者的特点及适用范围。

基于VCSEL的RCE探测器光电响应特性

对垂直腔面发射激光器（VCSEL）及由此制成的谐振增强型（RCE）光电探测器进行分析研究。激光器的I_(th) = 3 mA、η_d = 15%、λ_p = 839 nm和Δλ_(1/2) = 0.3 nm；作为探测器，光电流谱峰值响应在839 nm，响应谱线半宽2.4 nm、具有良好的波长选择特性，量子效率5%～35%(0 V～5 V)。优化设计顶镜反射率，还能得到量子效率峰值和半宽优化兼容的VCSEL基RCE光电探测器。

Numerical Analysis of Steady Current and Temper ature Distributions and Characteristics of Transverse Mode in VCSEL

国家自然科学基金