邊發光激光芯片依靠襯底晶體的解離面作為諧振腔面,在大功率以及高性能要求的芯片上技術已經成熟,但是也存在很多不足,例如激光性能對腔面的要求較高,不能用常規的晶圓切割,比如砂輪刀片、激光切割等。在實際生產中測試環節又特別麻煩,需要解離成bar條才能繼續測試,這很消耗切片的能力,而且非費勁切出來,結果測試還不一定過。
Vcsel就省去這些麻煩,它的測試可以參考LED的方式。
最近幾年很多人都在研究Vcsel芯片,Vcsel芯片制造過程比邊發射芯片簡單,合格率也高很多,但是Vcsel也有它的局限性。可以從性能和結構上分析一下。
EEL指邊發射激光器,激光震蕩腔長不同,EEL芯片長度可以做到上mm量級,而vcsel只有幾微米。不鍍膜的EEL自身腔面的反射率只有30%左右,而Vcsel可以做到99%,和外延材料性子有關。
較小的chip結構和正面發光的特點,也增加了vcsel矩陣的可能,通過矩陣chip可以做到更大功率。
二者傳輸模式的區別。
Laser就是從紅色區域發射出去,經過上下兩層DBR的震蕩,產生更多的激光。
但是我們知道Vcsel多是短波長類的激光,而對于光通信常用的1310&1550等波段則幾乎沒有該類芯片。
這個的直接原因就是上下DBR的形成條件,
看上面的Vcsel芯片結構,可以看出vcsel的電流需要經過上下兩方的DBR才能到達有源層量子阱,而砷化鎵和砷化鋁膜層的折射率相差較大,根據波導理論,可以通過幾層的交疊形成反射率足夠大的DBR層。
但是到1.2um波段以上,需要用InP做基底,InP與InGaAsP、InGaAlAs的折射率差的很小,如果要做到高反色率的DBR就需要疊堆很多層才能達到,這樣電流要達到量子阱需要走的路程就很長,芯片電阻就會成倍增加,很難達到實際需要。
邊發射激光器可以做超大功率激光芯片,而Vcsel想要做大功率還是很有挑戰的。
高功率VCSEL研發的難點主要在于發光孔增多的情況下,如何處理熱效應的問題。對此乾照光電在外延方向上優化外延量子阱,提高內量子效率,以及優化外延材料的熱阻,改善器件散熱特性;在芯片方向通過優化芯片設計結構,提高光電效率。
責任編輯:haq
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原文標題:Vcsel芯片和邊發射激光芯片
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