VCSEL器件的常見(jiàn)參數(shù)有哪些？如何測(cè)試？

概述

垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)是一種激光發(fā)射方向垂直于P-N結(jié)平面,而諧振腔面平行于P-N結(jié)平面的半導(dǎo)體激光器,它屬于面發(fā)射激光器的一種。而EEL邊射型激光器的光則是沿著水平方向,由芯片的邊緣射出。與EEL相比, VCSEL的生產(chǎn)過(guò)程更具經(jīng)濟(jì)效益并且響應(yīng)快,因此在越來(lái)越多的應(yīng)用中取代了傳統(tǒng)的邊發(fā)射激光器。

圖:不同發(fā)光器件的工作原理

隨著光電子和信息技術(shù)的發(fā)展,尤其是設(shè)備升級(jí)和工藝改進(jìn)后,VCSEL無(wú)論在性能還是應(yīng)用上都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。由于VCSEL具有閾值電流低、工作波長(zhǎng)穩(wěn)定、光束質(zhì)量好、易于一維和二維集成等優(yōu)點(diǎn),在光通信、激光顯示、光存儲(chǔ)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

圖:廣泛的VCSEL傳感應(yīng)用

垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL具有復(fù)雜的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),但其封裝結(jié)構(gòu)一般更為簡(jiǎn)單。不同于邊緣發(fā)射激光二極管，EEL需要解理成Bar條才能進(jìn)行檢測(cè)良品與否，而VCSEL在封裝前就可以對(duì)芯片進(jìn)行檢測(cè),進(jìn)行產(chǎn)品篩選,極大降低了產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)成本。VCSEL生產(chǎn)過(guò)程中有三道檢測(cè)工序,這三道工序都需要脈沖電流源對(duì)器件進(jìn)行測(cè)試。快速、靈活且精度高的測(cè)試方案對(duì)于減小測(cè)試的成本至關(guān)重要。

VCSEL常見(jiàn)測(cè)試參數(shù)特性分析

VCSEL器件廣泛應(yīng)用于3D人臉識(shí)別和距離傳感。當(dāng)VCSEL陣列用于TOF模組,特別是激光雷達(dá)一類的dTOF系統(tǒng)時(shí), VCSEL在窄脈沖情況下的峰值功率、工作電流、工作電壓、轉(zhuǎn)化效率、近遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)特性等參數(shù)對(duì)于芯片供應(yīng)商、封裝服務(wù)商、模組集成商等都非常重要。

VCSEL和VCSEL陣列,包括各種激光二極管標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)的關(guān)鍵電性能技術(shù)參數(shù),常見(jiàn)如激光二極管正向壓降(VF)、KinK點(diǎn)測(cè)試/線性度測(cè)試(dL/dI)、閾值電流(lth)、輸出光功率等(Po)以斜率效率(Es)等。

LIV測(cè)試是確定VCSEL關(guān)鍵性能參數(shù)的一種快速簡(jiǎn)單的方法,它將兩條測(cè)量曲線組合在一個(gè)圖形中。L/I曲線顯示了激光器的光強(qiáng)度對(duì)工作電流的依賴性，并用于確定工作點(diǎn)和閾值電流。V/I曲線顯示了施加到激光器的電壓作為工作電流的函數(shù)。通過(guò)LIV(光強(qiáng)-電流-電壓)測(cè)試,可以評(píng)估VCSEL絕大多數(shù)電參數(shù)特性及最佳輸出光功率。

雷達(dá)輸出的激光脈寬越窄,測(cè)距精度越高;峰值光功率越大,一般需要至百瓦,測(cè)試距離越遠(yuǎn)。因此研究高注入電流的高峰值光功率VCSEL芯片十分關(guān)鍵。而大功率激光器使用直流或者寬脈沖加電時(shí)發(fā)熱嚴(yán)重,激光器特效受溫度影響非常大,直流或?qū)捗}沖下的測(cè)試結(jié)果并不能反映器件特性。因此為了測(cè)量VCSEL器件在真實(shí)工作場(chǎng)景下的性能,就需要微秒甚至納秒級(jí)驅(qū)動(dòng)和測(cè)試能力的測(cè)試設(shè)備對(duì)其進(jìn)行測(cè)試,這是目前傳統(tǒng)直流或者寬脈沖的測(cè)試表具不能滿足的。

PL系列窄脈沖LIV測(cè)試系統(tǒng)典型方案

為了滿足VCSEL產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)窄脈沖LIV測(cè)試的需求，普賽斯儀表和多應(yīng)用領(lǐng)域的頭部企業(yè)進(jìn)行了深入的探討,結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求以及自身技術(shù)沉淀,推出了PL窄脈沖LIV測(cè)試系統(tǒng),產(chǎn)品具有輸出電流脈沖窄(ns級(jí))、輸出脈沖電流大(30A)、支持脈沖光峰值功率檢測(cè)、支持激光器電壓測(cè)量、超快上升速度等功能。

圖:普賽斯PL系列窄脈沖LIV測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試系統(tǒng)框圖

PL系列窄脈沖LIV測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成如上圖所示:PL系列脈沖源、測(cè)試夾具、積分球、光纖、光譜儀等,光譜儀用戶可以根據(jù)自己的需求選擇另購(gòu)。

系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

集多表功能于一體:快速脈沖發(fā)生器+程控電流源＋峰值取樣光功率計(jì)+脈沖電壓表

1、PL系列LIV測(cè)試系統(tǒng)具有同步性能好、測(cè)試速度快、完整化的解決方案等特點(diǎn)。

2、通過(guò)15MS/s的數(shù)字化功能,實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)生器0.1%基本測(cè)量精度;

3、超窄至ns級(jí)的脈沖,占空比可低至0.01%;

4、多個(gè)精密光電流測(cè)試量程;

5、上位機(jī)LIV算法,支持各種參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算,簡(jiǎn)化應(yīng)用。

普賽斯PL系列窄脈沖系統(tǒng)LIV測(cè)試掃描可進(jìn)行正向電壓(VF)測(cè)試、閾值電流(lth)測(cè)試、光強(qiáng)度(L)測(cè)試、光學(xué)特性參數(shù)測(cè)試。

豐富的產(chǎn)品線,多通道老化電源滿足VCSEL激光器老化測(cè)試需求

從半導(dǎo)體激光器面世以來(lái),由于其材料及結(jié)構(gòu)特性,面臨著使用壽命衰減的問(wèn)題,需要對(duì)激光器芯片進(jìn)行老化測(cè)試,篩選出有潛在質(zhì)量問(wèn)題的元器件,滿足其百萬(wàn)小時(shí)級(jí)的工作時(shí)間。

針對(duì)VCSEL測(cè)試系統(tǒng)老化電源的需求,普賽斯豐富的產(chǎn)品線同樣可以應(yīng)對(duì)。多通道老化電源,最大可到40CH,各通道可獨(dú)立控制、同步測(cè)試、獨(dú)立輸出，配置靈活,幫助VCSEL的老化測(cè)試實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效。

審核編輯 黃宇