提高III-化物蓝色和UV垂直腔表面发射激光器的热电阻

科学领域:

• 半导体物理 半导体物理
• 光电学是指光电子产品.
• 材料科学 材料科学 材料科学

背景情况:

• 垂直腔表面发射激光器 (VCSEL) 是重要的光电子设备.
• 对于III-化物 (III-N) VCSEL,正在探索不同的镜像技术,包括表轴分布式布拉格反射器 (DBR) 和全介电式 DBR.
• 一个普遍的假设是,与纯电解压式DBR相比,表轴式DBR提供了优越的热管理.

研究的目的:

• 在III-N VCSEL中研究不同镜像概念的热性能.
• 分析基于GaN和基于AlGaN的VCSEL中的热流动力学.
• 提出一个热管理策略,使超紫外线-C (UVC) AlGaN-VCSEL中连续波 (CW) 运行.

主要方法:

• 在具有不同腔长 (≥10λ和30λ) 的GaN和AlGaNVCSEL中比较热阻的分析.
• 模拟和分析热流,考虑到材料的导热性 (GaN,AlGaN,AlN).
• 在AlGaN腔内引入AlN间隔层,以减轻热阻.

主要成果:

• 对于GaN VCSEL (440nm发射,腔长≥10λ),侧向热流占主导地位,挑战了表轴DBR的优势.
• 直接将蓝色GaN VCSEL设计应用于UVC的AlGaN-VCSEL,由于AlGaN的导热性较低,导致内部温度高 (高达370°C) 的不利情况.
• 将空洞长度增加到30λ可以将热电阻从4400 K/W降低到2600 K/W,但不足.
• 结合300nm的AlN间隔层,将热电阻大幅降低至1100K/W,相当于蓝色VCSEL.

结论:

• III-N VCSELs的热性能非常依赖于材料选择和腔室设计,而不仅仅是镜子类型.
• 在UVC中高内部温度AlGaN-VCSELs需要先进的热管理策略.
• 拟议的AlN间隔层设计显示了在实现电注入,基于CW AlGaN的UVC VCSEL方面显著的前景.