一、VCSEL稳态热特性分析（论文文献综述）
赵秦丰[1]（2020）在《面向原子钟应用的垂直腔面发射激光器研究》文中进行了进一步梳理垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Lasers,VCSELs）自1978年问世以来,经历了快速的发展。它具有许多传统边发射激光器难以比肩的优点,例如:体积小、阈值电流低、转换效率高、纵模单一性好、具有圆形的输出光斑、对芯片可进行在片测试,并且容易集成为大面积阵列等。基于这些优点,VCSEL在最近几年里快速占领了半导体激光器市场,在光通信、传感、存储等领域发挥着重要作用。原子钟是一种先进的计时装置,其精度可以达到每2000万年误差1秒,广泛应用于全球导航系统上。原子钟传感器依赖于对碱原子（铷或铯）的光谱分析,这些碱原子存在于小型蒸汽腔室中。铯的相应光谱波长为894.6 nm（D1）和852.3nm（D2）,铷为795.0 nm（D1）和780.2 nm（D2）。VCSEL具有低功耗和圆形输出光束的特点,使得其成为原子钟首选的光源。为了提高原子钟传感器的精确度及稳定性,VCSEL光源必须具备与碱原子特征谱线对应的单纵模,窄的光谱线宽,基横模,以及稳定的线性偏振等特点。然而,传统结构的VCSEL受自身结构和制造工艺的影响,很难完全具备上述特点,对原子钟的应用造成了不良影响。本论文以795 nm的VCSEL为例,针对上述问题进行了研究。本论文的内容归纳如下:论文在第一章简要介绍了的研究背景,包括VCSEL的发展历史、基础知识以及面向原子钟应用的VCSEL的国内外研究现状。第二章详细分析了VCSEL的光电特性、模式特性、热特性以及偏振特性等相关理论。在第三章中,利用PICS3D仿真软件确定了795 nm VCSEL的材料体系和结构参数。为了改善VCSEL的输出模式特性,压窄光谱线宽,本论文创新性地设计了用于795 nm VCSEL的同心圆环光栅结构,并通过软件仿真,得到了最优化参数。同时还设计并仿真了用于795 nm VCSEL的表面偏振控制条形光栅以实现稳定的线性偏振输出。第四章介绍了VCSEL的制备工艺,并对制得的器件利用相关检测设备进行了测试分析。结果表明,同心圆环光栅结构可以使VCSEL实现基横模输出,光谱线宽由0.5 nm降为0.2 nm。表面偏振控制条形光栅使激光器的正交偏振抑制比（OPSR）达到25.8 d B,实现了稳定的线性偏振输出。最后一章总结了本篇论文的研究内容和成果,并明确了未来的研究方向。
张秋波[2]（2020）在《808nm VCSEL阵列的热特性研究》文中认为垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL）具有光束质量好、动态单纵模工作、功耗低、波长稳定性好等优异特性,特别是它易于高密度二维面阵集成,广泛应用于光识别、光互联系统、光存储等领域。近年来随着材料及工艺技术改进,VCSEL在智能手机人脸识别、无人机避障、VR/AR、扫地机器人、家用摄像头等领域发挥越来越重要的作用,随着5G通讯的快速发展和应用,VCSEL将会成为不可或缺的主要元件。然而VCSEL由于分布布拉格反射镜的引入使得器件的热效应十分严重,特别是在VCSEL集成为阵列器件时,单元器件之间存在热串扰现象,使得VCSEL阵列器件的热效应比单管器件的更加严重,从而使器件的阈值增加、输出功率下降,对器件的工作寿命和可靠性产生严重影响。因此,研究VCSEL的热特性,解决单元器件间的热串扰问题,对于提高器件的使用寿命具有特别重要的意义。本文基于VCSEL的相关热理论,论述了热效应对VCSEL器件性能产生的影响,通过优化阵列单元间距及排布方式改善阵列的热特性。利用ANSYS软件进行仿真模拟,研究了不同单元间距对热串扰现象及热扩散性能的影响,通过相关分析确定合适间距;设计4种排布方式进行仿真模拟,分析不同排布方式对阵列温升的作用效果,从而确定阵列单元间距和排布方式,以达到改善单元之间热串扰,降低器件温度的目的。在理论研究的基础上,制定合理的工艺方案并完成器件的制备,重点研究了808nm VCSEL中Ga As/Al Ga As的选择性刻蚀技术,针对Ga As/Al Ga As因材料不同出现的选择性内蚀现象进行详细研究,研究表明通过调整刻蚀液配比和ICP下电极RF功率可有效消除因选择性内蚀出现的“镂空”现象。在同一外延片上采用相同工艺,制备普通排布方式和新排布方式的808nm VCSEL阵列器件,并对其相关的特性进行测试和比较,测试结果表明优化阵列单元的间距及排布方式能够有效改善单元间的热串扰现象,从而达到降低器件的温度,改善输出特性的目的。
房俊宇[3]（2020）在《高功率半导体激光器封装结构设计及热管理技术研究》文中指出半导体激光器自二十世纪六十年代诞生以来逐渐成为现代信息的坚强支柱和国际高技术竞争的焦点。随着科学技术的飞速发展,人们对半导体激光器的输出功率和使用寿命需求不断提高。由于半导体激光器有源区内存在各种能量损耗,导致器件产生更多的热量,严重影响半导体激光器工作可靠性。因此,对半导体激光器的封装结构进行优化设计,对半导体激光器热管理技术进行研究,在半导体激光器领域具有极其重要的现实意义。本文从半导体激光器热特性理论出发,分析了半导体激光器的各种产热机理,以及温度对半导体激光器的阈值电流、工作波长、输出功率和使用寿命等工作特性的影响。对传热学基本理论以及ANSYS有限元分析法进行分析与概述,为研究半导体激光器热特性,降低半导体激光器有源区温度,提高器件可靠性提供理论基础。本论文的主要研究内容可划分为以下几个方面:（1）为提高基于C-Mount封装类型的半导体激光器单管封装散热效率,提出一种高热导率材料石墨片作为辅助热沉的新型热沉材料,并采用台阶型热沉结构。通过ANSYS软件模拟计算可知,半导体激光器有源区温度降低约6.163K,实现降低半导体激光器有源区温度的目的,提高半导体激光器输出功率。（2）为降低半导体激光器阵列有源区温度,提出一种具有通孔结构的高定向热解石墨片作为辅助热沉。研究不同石墨片通孔结构对半导体激光器各发光单元温度的影响,通过优化石墨片通孔结构,使半导体激光器阵列的最高温度降低4.556K,各发光单元温差降低5.756K。实现降低半导体激光器阵列工作温度,提高半导体激光器阵列各发光单元温度均匀性的目的。（3）对通孔石墨片和普通石墨片进行金属化,并将两种石墨片作半导体激光器封装热沉,在不同环境温度下进行P-U-I和波长测试。有通孔的石墨片热沉结构具有更低的封装热阻,可以有效降低半导体激光器的有源区温度。（4）基于半导体激光器阵列CS封装类型,分析过渡热沉材料热导率对阵列温度均匀性的影响,提出一种氮化铝和铜基金刚石阶梯复合热沉的新型封装热沉结构。通过优化阶梯参数改变阶梯复合热沉温度分布,实现提高半导体激光器阵列各发光单元温度均匀性的目的。
高亮[4]（2014）在《可见光垂直腔面发射激光器的热特性分析》文中认为垂直腔面发射激光器（VCSEL）具有阂值电流低、易于实现二维阵列等优点,因此广泛应用于激光显示、激光通信以及半导体激光器泵浦等众多领域。可见光VCSEL的热特性问题一直是影响器件性能的重要因素之一。本文从VCSEL的热产生机理、热传导方式以及计算分析方法等方面对器件的热特性进行了理论分析；与此同时使用有限元分析软件ANSYS仿真模拟了不同封装方法制备的可见光VCSEL的稳态温度场分布,分别使用In焊料、AuSn焊料以及导电胶封装的器件。理论计算结果表明,使用In焊料封装VCSEL器件的方法热特性最好,AuSn焊料和In焊料相差不多,但导电胶封装器件的方法热特性较差。这一理论结果为我们实验制备提供了有力的理论依据。实验中分别采用In焊料和AuSn焊料以及导电胶制备了红光VCSEL器件,得到In焊料封装的器件热特性最好,器件实现了出光功率是2.67mW、中心波长在670nm。
张建伟[5]（2013）在《高温工作垂直腔面发射半导体激光器研究》文中研究说明垂直腔面发射半导体激光器由于具有阈值电流低，输出光斑对称性好，模式稳定，高温工作稳定性好等特点，是近年来逐步发展起来的低功耗高精度芯片级原子钟计时系统中的关键驱动光源。芯片级原子钟系统要求垂直腔面发射半导体激光器光源的阈值电流在mA量级，并且工作环境为高温环境（65℃-80℃）。针对该应用需求，本论文主要围绕高温工作795nm波段垂直腔面发射半导体激光器的高温工作性能分析，器件结构优化及工艺制作等方面进行了研究。本论文主要研究内容和成果如下：1、针对高温工作环境，设计了增益—腔模失配型VCSEL器件结构。设计方案如下：首先对高温工作VCSEL器件的有源区结构进行了详细的理论设计，其中包括对高温下载流子的限制情况进行理论分析，设计了高势垒有源区结构；并对量子阱有源区的增益特性随器件工作温度的变化进行了理论分析。其次对VCSEL器件的两侧DBR及器件腔模进行了设计。主要包括VCSEL内部DBR的反射率优化，对高温环境下垂直腔面发射半导体激光器内部DBR的反射特性以及器件腔模进行详细分析设计。所设计的VCSEL有源区采用8nmAl0.09Ga0.91As/8nm Al0.36Ga0.64As结构，室温增益谱峰值在779nm，VCSEL室温腔模为790nm，两侧DBR反射率乘积在98.5%-99%。2、分析了半导体激光器的有源区产热机制，并建立了基于载流子注入产热机制的半导体激光器热源计算模型，用于优化VCSEL器件工艺结构。将该模型与COMSOL软件的焦耳热模型相结合，分析了边发射半导体激光器工作时的内部温升情况，通过实验测试，发现理论分析与实际测量结果最大偏差低于0.5K，证实了该模型的可靠性；利用该模型分析对比了自平坦化台面结构与传统圆形台面结构的VCSEL器件内部热分布情况，理论分析证明，自平坦化台面结构可以有效提高垂直腔面发射半导体激光器的热扩散能力，相比传统的圆形台面结构，该结构在制作高温工作VCSEL时更具有优势。3、采用自平坦化台面结构制作了不同氧化口径的高温工作VCSEL器件。所制作的7μm氧化口径VCSEL的最小阈值电流为2mA，并且随着温度的升高阈值电流呈现出先降低后升高的变化趋势，这与增益-腔模失配型VCSEL器件结构设计理论预测相一致，80℃时器件在注入电流为5mA时出光波长为795.2nm，光谱半宽0.09nm，基本特性已经达到预期指标。4、为提高高温工作原子钟用VCSEL的模式特性，提出了在出光侧DBR上面集成微透镜结构的想法并进行了相关实验。所制作的35μm口径DBR微透镜结构曲率半径在500μm左右，表面平整度在nm量级，为下一步直接在器件上面集成该结构奠定了基础。另外，还提出在该结构的基础上进一步集成外部反馈腔及外腔镜结构，以实现进一步压缩器件光谱线宽的目的，提高VCSEL在原子钟应用方面的性能。
宋小卯[6]（2013）在《可见光垂直腔面发射激光器阵列的研制及热特性优化》文中指出可见光波段垂直腔面发射激光器具有易于集成、能实现高速调制和功耗小等优点,在激光打印、光显示等众多领域应用广阔。传统的VCSEL具有散热性能差、电流注入不均匀等缺点,本文制备的新型VCSEL提升了传统环形电极VCSEL的散热性能,也改善了传统环形电极VCSEL电流注入不均匀的问题。首先,我们将传统的圆环电极结构VCSEL改良双圆环十字型电极结构,使电极接入到出光孔内部,从而使得VCSEL的电流注入均匀。然后再改进了腐蚀槽结构。这种结构VCSEL经过模拟和测试证实了散热性较好,光束质量较好。我们设计并制作了具有新型双圆环十字型的电极结构和新型腐蚀槽结构的光刻版,并通过一系列包括光刻、腐蚀、氧化等实验工艺。我们成功制备出了光功率为18.12mW、激射波长中心为670nm可见光垂直腔面发射激光器4×4阵列,此阵列的阈值电流为380mA。我们运用ANSYS模拟了单元间距为500μm和400μm的VCSEL的稳态和瞬态情况的散热性能,并确定间距为500μm时散热效果比较优秀。并最后测量了制备出的阵列的光束质量、光强、伏安特性等光电特性。测试结果证明了本文设计的新型电极结构和腐蚀槽结构具有一定的优化阵列器件散热的能力和优化器件光输出质量的作用。
倪琴菲[7]（2013）在《基于金刚石膜热沉的高功率半导体激光器封装技术研究》文中研究指明高功率半导体激光器的热特性对其性能有很大的影响,解决散热问题的关键是设计合理的封装方法。本文从高功率半导体激光器的封装技术出发,通过加入金刚石膜过渡热沉来提高散热效果。本论文以808nm垂直腔面发射半导体激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, VCSEL）为对象,研究其基本原理和传热理论,对基于金刚石膜过渡热沉VCSEL的制备工艺和封装技术进行研究。根据808nmVCSEL阵列的封装结构,建立三维模型,采用ANSYS有限元的方法,对金刚石膜过渡热沉的VCSEL的热特性进行分析。模拟金刚石膜过渡热沉不同热导率、不同厚度以及不同焊料下的温度分布情况和热应力分布情况。将热导率为1800W/（m·K）,厚度为500μm的金刚石膜作为808nmVCSEL阵列的过渡热沉,与铜热沉相比热阻降低35%,与氮化铝过渡热沉相比热阻降低40%,且工作时激光器芯片处的热应力较小,体现出金刚石膜热沉在高功率半导体激光器封装散热方面具有明显的优势。
魏冬寒[8]（2013）在《新结构垂直腔面发射激光器热特性及工艺研究》文中认为散热问题一直制约着垂直腔面发射激光器（VCSEL）的发展,为了改善器件的热特性,本文在传统圆形电极的基础上,提出一种新型的桥形电极,使器件的导电面积和散热面积都有所增加,大幅度改善器件的散热性能。在同一片外延片上用相同的工艺制备两种结构的器件,同时利用ANSYS有限元热分析软件模拟了它们内部的热场分布。通过计算,传统电极结构器件的热阻为4.79℃/W,新型电极结构器件的热阻为3.30℃/W,新型结构器件热特性明显优于传统结构器件。另外,对比了In焊料和AuSn焊料以及金刚石热沉和铜热沉对器件热应力的影响,同时优化了器件的制作工艺。经测试,新型结构VCSEL的中心波长为981.8nm,光谱半峰宽为0.72nm,器件的阈值电流为0.42A。当注入电流为1.3A时,器件的输出功率最大,达到0.32W。
刘迪[9]（2012）在《高功率垂直腔面发射激光器的热行为特性》文中指出垂直腔面发射激光器（VCSEL）是在20世纪70年代出现的一种新型结构的半导体激光器，这种激光器以量子阱为增益介质，从垂直于衬底的方向出光，并且谐振腔长很短。由于其独特的结构特点，使得它与传统的边发射半导体激光器相比有很多优点，例如较易实现二维阵列集成，可以进行动态单纵模运转，输出低发散角、圆对称光斑，光纤耦合效率高等。这些特征使得VCSEL已经成为光纤通信、光互连等许多光电子技术领域中的重要器件。但是，VCSEL激光器在发展过程中仍然存在很多问题，尤其在发展低阈值、高功率和温度稳定运行的器件方面，其内部严重的热效应就是一个主要的限制因素。由于热效应的存在，使器件温度升高，最终导致其很多特性都发生了改变。另外，由于横向热流扩散与叠加效应的存在，使得二维VCSEL列阵器件的热行为特性表现的更为严重。本文围绕高功率980nmVCSEL，对单管和列阵器件的热行为特性进行了理论分析、实验测量和器件优化方面的研究。理论上首先对In0.2Ga0.8As/GaAs0.92P0.08量子阱的温度特性进行了研究，主要从能带和增益两方面入手。计算了温度对量子阱禁带宽度和能带带阶的影响；模拟了不同温度下的材料增益，计算得到了增益峰值波长和峰值增益随温度的变化速率。然后基于特征矩阵法，分别计算了P-DBR和N-DBR在不同温度下的反射率，分析了反射率随温度的变化趋势并计算了变化速率。以上对分析VCSEL器件激射波长、阈值电流和输出功率的温度特性提供了理论上的依据，对优化VCSEL的热特性具有重要的指导意义。最后对近场分布的温度特性进行了理论模拟，定性的分析了载流子分布、模式以及温度之间的相互关系。在理论分析计算的基础上，对VCSEL的热行为特性进行了实验测量。利用光致发光谱和电致发光谱两种方法来表征增益谱波长随温度的变化情况，实际测得的变化速率分别为0.3643nm/K和0.3873nm/K，数值相差不大，并且与理论模拟结果符合的很好。另外，利用基于VCSEL芯片制作的边发射器件，通过测量纳秒脉冲工作时电致发光谱随温度的漂移情况，以及测量连续工作时电致发光谱随电流的漂移情况，研究了自热效应引起的有源区的温升情况。得到当连续注入电流为500mA时，有源区的平均温度大约为353K左右。实验研究了氧化孔径对VCSEL单管器件热特性的影响，以此可以作为制作高功率器件时选择合适的氧化孔径尺寸的依据。通过控制氧化时间，制作了氧化孔径分别为415μm、386μm和316μm的单管器件，台面直径和P型接触电极直径均为450μm和400μm。针对三种器件在室温连续工作条件下不同的输出特性，对它们的热阻进行了实验测量，发现氧化孔径越小时器件热阻越大。通过对比电流、波长及温度的关系，得到了当连续注入电流为1A时，氧化孔径为415μm的器件温度为32.4℃，氧化孔径为386μm的器件温度为35.2℃，氧化孔径为316μm时，器件的温度高达76.4℃。利用4f系统对近场分布进行了测量，通过对比连续工作条件下和纳秒脉冲工作条件下的近场强度分布和模式尺寸变化，在实验上进一步验证了载流子分布、横模分布和热效应之间的相互作用和影响。实验测量结果与理论研究相结合为深入研究高功率VCSEL器件的热行为特性提供了重要依据。利用基于有限元分析的COMSOL软件对单元间距分别为0.5倍、1倍、1.5倍和2倍有源区直径的4×4VCSEL列阵器件的温度分布进行了模拟。从模拟结果可以看出，单元间距越大，各个单元之间的热耦合越小，每个列阵单元的温度也越低。当单元间距达到1.5倍时，不同耦合位置处的温度与0.5倍有源区直径时的相比，降低达25K以上。设计了新的列阵结构，通过改变单元的排布方式，减少了单元之间的热耦合。通过模拟得到，在不影响器件远场分布的情况下，器件的整体温度明显降低，并且列阵温度达到均匀分布。
高英强[10]（2012）在《新结构电泵浦VCSEL热特性模拟与测试》文中认为本文引入了辐射桥电极和A1N钝化膜结构,设计并制作了一种980nm新型辐射桥结构VCSEL。利用有限元热分析软件ANSYS模拟了常规结构和新型辐射桥结构VCSEL内部的热场分布和热矢量分布,经模拟与计算得到,新型辐射桥结构器件的热阻为3.22K/W,比常规结构器件的热阻降低了约29%。经实验测得新型辐射桥结构器件的热阻为2.94K/W,比常规结构器件的热阻降低了约33%,实验测试结果与模拟结果基本吻合；同时测得新型辐射桥结构VCSEL的阈值电流为409mA,最大电光转换效率为20.4%,最大输出功率为647mW,它们分别比常规结构器件的降低了21%,提高了34%和50%。模拟与实验结果均表明新型辐射桥结构器件不仅有具有良好的热特性,而且还有更好的光电性能。该结构的设计在探索制备大功率器件方面具有重要的参考价值,为研制高效率和高功率VCSEL提供了一条新途径。
二、VCSEL稳态热特性分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、VCSEL稳态热特性分析（论文提纲范文）
（1）面向原子钟应用的垂直腔面发射激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 VCSEL的发展历史 |
| 1.2 VCSEL的基本结构及特点 |
| 1.2.1 VCSEL的基本结构 |
| 1.2.2 VCSEL的特点总结 |
| 1.3 芯片级原子钟用VCSEL概述 |
| 1.3.1 VCSEL在芯片级原子钟上的应用 |
| 1.3.2 面向芯片级原子钟应用的VCSEL国内外研究现状 |
| 1.4 本论文的主要工作 |
| 1.4.1 论文工作主要内容 |
| 1.4.2 本论文的结构安排 |
| 第2章 VCSEL的基本理论 |
| 2.1 VCSEL光电特性 |
| 2.1.1 VCSEL波动方程 |
| 2.1.2 激光器速率方程 |
| 2.1.3 激光器模式输出功率与阈值电流 |
| 2.2 VCSEL模式特性 |
| 2.2.1 横模特性 |
| 2.2.2 纵模特性 |
| 2.3 VCSEL温度特性 |
| 2.3.1 温度对波长的影响 |
| 2.3.2 温度对阈值电流的影响 |
| 2.3.3 温度对输出功率的影响 |
| 2.4 VCSEL的偏振特性 |
| 2.4.1 VCSEL的偏振现象概述 |
| 2.4.2 偏振不稳定性的理论解释 |
| 2.4.3 VCSEL的偏振动力学 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 原子钟用VCSEL的设计与仿真 |
| 3.1 VCSEL结构及材料参数的确定 |
| 3.2 表面光栅设计与仿真 |
| 3.2.1 VCSEL同心圆环光栅仿真 |
| 3.2.2 VCSEL偏振控制光栅仿真 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 制造工艺及测试结果 |
| 4.1 VCSEL制备工艺的关键技术 |
| 4.1.1 VCSEL外延片的生长 |
| 4.1.2 光刻技术 |
| 4.1.3 刻蚀技术 |
| 4.1.4 湿法氧化 |
| 4.2 测试分析 |
| 4.2.1 同心圆环光栅VCSEL测试分析 |
| 4.2.2 表面偏振控制条形光栅VCSEL测试 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）808nm VCSEL阵列的热特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 垂直腔面发射激光器(VCSEL)简介 |
| 1.1.1 VCSEL的基本结构 |
| 1.1.2 VCSEL的特点及优势 |
| 1.1.3 VCSEL的应用 |
| 1.2 808nm VCSEL的研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 国内外研究现状对比分析 |
| 1.3 本论文的研究背景及意义 |
| 1.4 本论文的主要内容 |
| 第2章 VCSEL热特性理论基础 |
| 2.1 温升对VCSEL性能的影响 |
| 2.1.1 对激射波长的影响 |
| 2.1.2 对阈值电流的影响 |
| 2.1.3 对器件输出功率的影响 |
| 2.1.4 对器件寿命的影响 |
| 2.2 VCSEL的热传输 |
| 2.3 VCSEL热产生机理 |
| 2.4 阵列单元间的热串扰 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 ANSYS热特性模拟分析 |
| 3.1 有限元法及ANSYS软件 |
| 3.1.1 有限元法及其特点 |
| 3.1.2 有限元分析软件—ANSYS |
| 3.2 ANSYS模型建立及操作流程 |
| 3.2.1 前处理阶段 |
| 3.2.2 求解部分 |
| 3.2.3 后处理部分 |
| 3.3 不同阵列间距的稳态热分析 |
| 3.4 阵列排布方式对温升的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 VCSEL中 GaAs/AlGaAs的选择性刻蚀技术研究 |
| 4.1 刻蚀工艺 |
| 4.2 湿法刻蚀工艺的研究 |
| 4.2.1 实验原理及方法 |
| 4.2.2 刻蚀速率及形貌分析 |
| 4.3 干法刻蚀工艺的研究 |
| 4.3.1 实验原理及方法 |
| 4.3.2 刻蚀速率及形貌分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 808nm VCSEL阵列制备及特性分析 |
| 5.1 808nm VCSEL阵列工艺流程的设计 |
| 5.2 808nm VCSEL阵列器件的制备 |
| 5.3 器件特性分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（3）高功率半导体激光器封装结构设计及热管理技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 半导体激光器 |
| 1.1.1 半导体激光器简介 |
| 1.1.2 半导体激光器工作原理 |
| 1.2 半导体激光器封装技术 |
| 1.2.1 半导体激光器封装类型 |
| 1.2.2 半导体激光器封装工艺 |
| 1.3 研究的目的和意义 |
| 1.4 国内外研究现状 |
| 1.4.1 热特性分析方面研究现状 |
| 1.4.2 封装结构与热沉材料方面研究现状 |
| 1.4.3 石墨材料散热方面研究现状 |
| 1.5 论文主要研究内容 |
| 第2章 高功率半导体激光器热特性理论基础 |
| 2.1 半导体激光器产热机制 |
| 2.2 温度对半导体激光器工作性能的影响 |
| 2.2.1 温度对阈值电流的影响 |
| 2.2.2 温度对波长的影响 |
| 2.2.3 温度对输出功率的影响 |
| 2.2.4 温度对寿命的影响 |
| 2.3 传热学基础理论 |
| 2.3.1 热传导 |
| 2.3.2 热对流 |
| 2.3.3 热辐射 |
| 2.4 ANSYS有限元分析法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 高功率半导体激光器单管热管理技术研究 |
| 3.1 高功率半导体激光器单管热特性分析 |
| 3.2 基于辅助热沉封装结构研究 |
| 3.2.1 石墨片导热性能 |
| 3.2.2 石墨片辅助热沉封装结构 |
| 3.3 新型台阶热沉结构设计 |
| 3.4 本章总结 |
| 第4章 高功率半导体激光器阵列热管理技术研究 |
| 4.1 基于辅助热沉半导体激光器阵列热特性研究 |
| 4.1.1 新型封装热沉结构 |
| 4.1.2 热沉通孔位置与器件工作温度的关系 |
| 4.1.3 热沉通孔数量与器件工作温度的关系 |
| 4.1.4 热沉通孔半径与器件工作温度的关系 |
| 4.1.5 优化石墨片热沉结构 |
| 4.2 基于阶梯复合热沉半导体激光器阵列热特性研究 |
| 4.2.1 热沉材料对半导体激光器阵列温度均匀性的影响 |
| 4.2.2 基于AIN和铜基金刚石的阶梯复合热沉结构 |
| 4.3 石墨片通孔散热效应研究 |
| 4.3.1 样品制备 |
| 4.3.2 器件封装测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 结论与创新点 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（4）可见光垂直腔面发射激光器的热特性分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 VCSEL的结构与优点 |
| 1.3 VCSEL的发展历史 |
| 1.4 本论文研究的工作 |
| 第二章 ：VCSEL的热理论 |
| 2.1 温升对VCSEL性能的影响 |
| 2.2 VCSEL热的产生机理 |
| 2.3 VCSEL热传导的分析方法 |
| 第三章 制备可见光VCSEL的工艺研究 |
| 3.1 外延片的XRD的模拟和测试 |
| 3.2 可见光VCSEL的制备工艺 |
| 3.3 使用不同焊料的可见光VCSEL的封装工艺 |
| 第四章 不同封装方法的可见光VCSEL的有限元分析 |
| 4.1 有限元分析法 |
| 4.2 使用In焊料的可见光VCSEL的热分析 |
| 4.3 使用金锡焊料以及导电胶的热分析 |
| 4.4 模拟结果相对比 |
| 4.5 可见光VCSEL的制备结果 |
| 第五章 结论及展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（5）高温工作垂直腔面发射半导体激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 垂直腔面发射半导体激光器结构及应用 |
| 1.2 芯片级原子钟用高温工作垂直腔面发射半导体激光器 |
| 1.2.1 VCSEL 在芯片级原子钟上的应用 |
| 1.2.2 芯片级原子钟用 VCSEL 国内外发展现状 |
| 1.3 本论文的主要工作 |
| 1.3.1 论文工作的主要内容 |
| 1.3.2 论文的结构安排 |
| 第2章 VCSEL 结构设计基本理论 |
| 2.1 VCSEL 结构及基本参数设计 |
| 2.1.1 VCSEL 的器件结构描述 |
| 2.1.2 VCSEL 基本性能参数设计 |
| 2.2 DBR 反射镜的结构设计与优化 |
| 2.2.1 DBR 光学特性设计—传输矩阵理论 |
| 2.2.2 DBR 的串联电阻分析 |
| 2.3 VCSEL 谐振特性分析 |
| 2.3.1 光场限制因子分析 |
| 2.3.2 模式特性分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 垂直腔面发射半导体激光器热特性研究 |
| 3.1 基于载流子注入产热机制的半导体激光器热模型 |
| 3.1.1 VCSEL 的焦耳热分析 |
| 3.1.2 载流子注入产热 |
| 3.1.3 Comsol 电热耦合计算模型 |
| 3.2 基于载流子注入产热机制的半导体激光器内部热分析 |
| 3.2.1 边发射半导体激光器内部产热模拟 |
| 3.2.2 垂直腔面发射半导体激光器内部产热模拟 |
| 3.3 VCSEL 台面工艺结构优化 |
| 3.3.1 自平坦化台面结构 VCSEL 器件 |
| 3.3.2 不同台面结构 VCSEL 器件热特性理论对比 |
| 3.3.3 不同台面结构 VCSEL 器件实验结果对比及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 高温工作垂直腔面发射半导体激光器结构设计 |
| 4.1 高温工作 VCSEL 有源区结构设计 |
| 4.1.1 高温工作下有源区的载流子限制问题 |
| 4.1.2 高温工作有源区量子阱结构设计 |
| 4.2 高温工作 VCSEL 内部 DBR 反射镜理论设计 |
| 4.2.1 DBR 反射镜反射特性分析及优化 |
| 4.2.2 P 型 DBR 串联电阻分析优化 |
| 4.3 增益-腔模失配型垂直腔面发射半导体激光器结构 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 高温工作垂直腔面发射半导体激光器工艺制备及测试 |
| 5.1 VCSEL 工艺制备及关键技术 |
| 5.1.1 VCSEL 台面掩膜制备—光刻技术 |
| 5.1.2 台面结构制备—湿法刻蚀与干法刻蚀技术 |
| 5.1.3 氧化孔径制备—湿法热氧化技术 |
| 5.2 器件测试及分析 |
| 5.2.1 VCSEL 测试方法简介 |
| 5.2.2 器件测试结果 |
| 5.3 微透镜集成 VCSEL 制备方案 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间学术成果情况 |
| 指导教师及作者简介 |
| 致谢 |
（6）可见光垂直腔面发射激光器阵列的研制及热特性优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 VCSEL的发展史 |
| 1.2 VCSEL具有的优势和结构特点 |
| 1.3 VCSEL的应用前景 |
| 1.4 本论文的主要工作 |
| 第二章 VCSEL的热扩散理论及分析 |
| 2.1 热效应对VCSEL的性能影响 |
| 2.2 VCSEL的热效应产生机理 |
| 第三章 可见光VCSEL阵列的制备工艺研究 |
| 3.1 外延片的XRD测试 |
| 3.2 新型电极结构的设计 |
| 3.3 光刻工艺 |
| 3.4 刻蚀工艺 |
| 3.5 湿法氧化工艺 |
| 3.6 欧姆接触工艺过程 |
| 3.7 可见光VCSEL阵列的制备 |
| 第四章 新型电极结构VCSEL阵列的热特性模拟及优化 |
| 4.1 ANSYS有限元软件的模拟、分析过程 |
| 4.2 可见光VCSEL阵列的稳态热分析 |
| 4.3 可见光VCSEL阵列的瞬态热分析 |
| 第五章 可见光VCSEL阵列的性能测试和分析 |
| 5.1 光电特性测试结果 |
| 5.2 光束特性测试 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（7）基于金刚石膜热沉的高功率半导体激光器封装技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 金刚石膜热沉 |
| 1.3 垂直腔面发射激光器 |
| 1.4 本论文的研究内容 |
| 第二章 高功率VCSEL封装技术 |
| 2.1 VCSEL的基本理论 |
| 2.2 VCSEL的工艺流程 |
| 2.3 VCSEL的封装流程 |
| 2.4 VCSEL封装类型及焊料选择 |
| 第三章 高功率VCSEL的热特性 |
| 3.1 高功率VCSEL的传热理论 |
| 3.2 高功率VCSEL热效应对性能的影响 |
| 3.3 高功率VCSEL热特性分析的主要参数 |
| 3.4 有限元方法及ANSYS Workbench软件介绍 |
| 第四章 基于ANSYS Workbench的高功率VCSEL热分析 |
| 4.1 基于金刚石膜过渡热沉的VCSEL热特性模拟 |
| 4.2 基于铜热沉的VCSEL热特性模拟 |
| 4.3 不同过渡热沉的VCSEL热特性模拟 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于ANSYS Workbench的高功率VCSEL热应力分析 |
| 5.1 基于金刚石膜过渡热沉的VCSEL热应力模拟 |
| 5.2 基于铜热沉的VCSEL热应力模拟 |
| 5.3 基于氮化铝过渡热沉的VCSEL热应力模拟 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（8）新结构垂直腔面发射激光器热特性及工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 垂直腔面发射激光器的发展历史 |
| 1.3 垂直腔面发射激光器的发展现状和趋势 |
| 1.4 垂直腔面发射激光器的应用 |
| 1.5 本论文的主要工作 |
| 第二章 VCSEL相关理论分析 |
| 2.1 VCESL热效应产生机理 |
| 2.2 热效应对VCSEL性能的影响 |
| 2.3 VCSEL内部热分析模型 |
| 第三章 新型结构垂直腔面发射激光器的设计 |
| 3.1 外延片结构的设计 |
| 3.2 电极结构的设计 |
| 第四章 基于ANSYS有限元热分析软件的模拟 |
| 4.1 不同电极结构对器件热特性的影响 |
| 4.2 不同焊料对器件热应力影响的模拟 |
| 4.3 不同热沉对器件热应力影响的模拟 |
| 第五章 垂直腔面发射激光器制作工艺研究 |
| 5.1 光刻工艺 |
| 5.2 刻蚀 |
| 5.3 选择氧化 |
| 5.4 减薄抛光 |
| 5.5 欧姆接触 |
| 5.6 器件测试 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（9）高功率垂直腔面发射激光器的热行为特性（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 垂直腔面发射激光器(VCSEL)简介 |
| 1.1.1 VCSEL 的基本结构 |
| 1.1.2 VCSEL 的特点及优势 |
| 1.2 VCSEL 的研究进展及主要应用 |
| 1.3 高功率 980nmVCSEL 的研究背景及意义 |
| 1.4 VCSEL 的热问题 |
| 1.5 本论文的研究工作 |
| 第2章 VCSEL 热特性的理论分析 |
| 2.1 温度对 InGaAs/GaAsP 量子阱的影响 |
| 2.1.1 能带随温度的变化 |
| 2.1.2 增益随温度的变化 |
| 2.2 温度对布拉格反射镜(DBR)的影响 |
| 2.2.1 反射率随温度的变化 |
| 2.2.2 腔模随温度的变化 |
| 2.3 温度对漏电流的影响 |
| 2.4 输出功率的温度特性 |
| 2.5 温度对近场分布的影响 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 高功率 VCSEL 热行为特性的实验研究 |
| 3.1 器件结构及制作 |
| 3.2 能带带阶对输出功率的影响 |
| 3.3 单管器件热阻的测量 |
| 3.4 增益谱的变温测试 |
| 3.4.1 光致发光谱随温度的变化 |
| 3.4.2 电致发光谱随温度的变化 |
| 3.5 有源区温升的测量 |
| 3.6 氧化孔径对单管器件热特性的影响 |
| 3.6.1 氧化孔径的作用 |
| 3.6.2 氧化层位置及厚度 |
| 3.6.3 侧氧化方法 |
| 3.6.4 氧化孔径不同时单管器件的温升 |
| 3.7 单管器件近场分布温度特性的实验结果 |
| 3.7.1 温度对近场强度的影响 |
| 3.7.2 模式尺寸随温度的变化 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 高功率 VCSEL 列阵器件的热效应及新结构的设计 |
| 4.1 列阵单元间距对热串扰的影响 |
| 4.1.1 列阵器件的热串扰问题 |
| 4.1.2 模型几何 |
| 4.1.3 求解域 |
| 4.1.4 模型数据 |
| 4.1.5 模拟结果 |
| 4.2 新结构的设计及模拟结果 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间学术成果情况 |
| 指导教师及作者简介 |
| 致谢 |
（10）新结构电泵浦VCSEL热特性模拟与测试（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 VCSEL产生和发展 |
| 1.2 VCSEL结构及优点 |
| 1.3 VCSEL研究进展及应用 |
| 1.4 VCSEL热特性研究现状 |
| 1.5 本论文主要研究内容 |
| 第二章 VCSEL热特性分析 |
| 2.1 热效应对VCSEL性能的影响 |
| 2.2 VCSEL的热源和热阻 |
| 2.3 VCSEL的热传导模型 |
| 本章小结 |
| 第三章 新型辐射桥结构VCSEL热特性模拟 |
| 3.1 新型辐射桥结构VCSEL的结构设计 |
| 3.2 新型辐射桥结构VCSEL热特性模拟 |
| 本章小结 |
| 第四章 新型辐射桥结构VCSEL的制备与性能测试 |
| 4.1 新型辐射桥结构VCSEL的制备 |
| 4.2 新型辐射桥结构VCSEL光电特性测试与分析 |
| 4.3 新型辐射桥结构VCSEL温度特性测试与分析 |
| 本章小结 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 硕士学位在读期间发表的论文 |
四、VCSEL稳态热特性分析（论文参考文献）
- [1]面向原子钟应用的垂直腔面发射激光器研究[D]. 赵秦丰. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2020(03)
- [2]808nm VCSEL阵列的热特性研究[D]. 张秋波. 长春理工大学, 2020(01)
- [3]高功率半导体激光器封装结构设计及热管理技术研究[D]. 房俊宇. 长春理工大学, 2020(01)
- [4]可见光垂直腔面发射激光器的热特性分析[D]. 高亮. 长春理工大学, 2014(08)
- [5]高温工作垂直腔面发射半导体激光器研究[D]. 张建伟. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）, 2013(02)
- [6]可见光垂直腔面发射激光器阵列的研制及热特性优化[D]. 宋小卯. 长春理工大学, 2013(08)
- [7]基于金刚石膜热沉的高功率半导体激光器封装技术研究[D]. 倪琴菲. 长春理工大学, 2013(08)
- [8]新结构垂直腔面发射激光器热特性及工艺研究[D]. 魏冬寒. 长春理工大学, 2013(08)
- [9]高功率垂直腔面发射激光器的热行为特性[D]. 刘迪. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）, 2012(09)
- [10]新结构电泵浦VCSEL热特性模拟与测试[D]. 高英强. 长春理工大学, 2012(02)