半導(dǎo)體激光器的光學(xué)模式分布及遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角是衡量激光輸出質(zhì)量的重要參數(shù),在器件設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)搭建及光束耦合等方面具有重要的參考價(jià)值。近期,天津賽米卡爾科技有限公司的技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于先進(jìn)的TCAD仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)開發(fā)出了半導(dǎo)體激光器的光學(xué)模型數(shù)據(jù)庫,并針對(duì)GaN基垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)的光學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究與優(yōu)化。如圖1所示,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):具有反相層表面浮雕(Anti-phase Surface Relief)結(jié)構(gòu)的布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflection,DBR)設(shè)計(jì)能夠有效地提高GaN基VCSEL的基模輸出特性,并減小光束的發(fā)散角。
圖1.(a)VCSEL R和A1至A3的激光輸出功率對(duì)比圖;(b)至(e)分別為VCSEL A1至A3以及VCSEL R的器件內(nèi)部光場(chǎng)分布
然而,具有表面浮雕結(jié)構(gòu)的DBR同時(shí)會(huì)導(dǎo)致器件的輸出功率下降。為解決該問題,我司技術(shù)團(tuán)隊(duì)提出通過調(diào)控空穴的注入路徑來控制不同模式的增益,最終提升GaN基VCSEL的基模輸出功率。如圖2所示,當(dāng)減小GaN基VCSEL的電流注入的孔徑尺寸時(shí),VCSEL B2依然能夠保持高斯形態(tài)的單模激光輸出。此外,VCSEL B2有源區(qū)內(nèi)的增益覆蓋范圍與基模分布重疊率上升,與表面浮雕結(jié)構(gòu)所在范圍的重疊率下降,器件基模增益上升,激光器輸出功率相應(yīng)提高。
圖2. VCSEL B1至B3以及VCSEL A2的(a)一維橫向光場(chǎng)分布,(b)遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角和(c)光輸出功率對(duì)比圖
該成果最近被應(yīng)用物理領(lǐng)域權(quán)威SCI期刊Japanese Journal of Applied Physics收錄(Vol.62, Art. No.014003,2023, DOI: 10.35848/1347-4065/acaba0)
審核編輯黃宇
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