垂直腔面发射激光器的特性分析

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垂直腔面发射激光器原理

垂直腔面发射激光器原理垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL）是一种特殊的半导体激光器，其工作原理基于垂直方向发射激光光束。

VCSEL的结构由多个半导体层组成，包括n型和p型材料以及一个活性层。

这些层被沉积在一个半导体衬底上。

在VCSEL中，激光光束垂直于半导体表面发射，而不是像传统的激光器那样沿着器件表面传播。

这种垂直发射的特性使得VCSEL在许多应用中具有优势。

VCSEL的工作原理是基于半导体材料的电子和空穴重新组合产生的辐射。

当外加电压施加在VCSEL的n型和p型材料之间时，电流流经活性层，使其被激发。

激发的电子和空穴在活性层中重新组合，产生光子辐射。

这种辐射在垂直方向上被增强，从而实现垂直发射的激光光束。

与传统的边射激光器相比，VCSEL具有许多优点。

首先，VCSEL可以实现高效的光电转换效率，能够以较低的能量消耗产生高质量的激光光束。

其次，VCSEL的发射光束具有高度垂直方向的特性，使得光束更容易聚焦和耦合到光纤中，从而实现高速数据传输。

此外，VCSEL的制造成本相对较低，可以通过集成电路的方式批量生产，因此被广泛应用于光通信、传感和光存储等领域。

在VCSEL的设计和制造过程中，需要考虑一些关键因素以提高其性能。

其中之一是选择适当的材料系统，以实现所需的波长和输出功率。

此外，通过优化半导体层的结构和厚度，可以提高光子辐射的效率和垂直发射的特性。

另外，热管理也是一个重要的问题，需要考虑如何有效地散热以避免器件过热。

总结起来，垂直腔面发射激光器是一种独特的半导体激光器，其工作原理基于垂直方向发射激光光束。

通过优化材料系统、结构设计和热管理等关键因素，可以实现高效、高质量的激光输出。

VCSEL 在光通信、传感和光存储等领域具有广阔的应用前景，并且在未来的发展中仍然具有很大的潜力。

垂直腔面发射激光器的特性分析

电极尺寸对输出特性的影响．
１模型介绍
文中采用与空间位置有关的速率方程来描述载流子与光场的相互作用．圆柱形弱波导中，在光场可以
ａｅｕｒａｙｏｅｄａａｚｄｆｉｅｅｔｐｔｌｅｉｉｌｎｅｔｇｕｒｎｉｕｇ－ｕｔｔｏ．ｒｎｍｅｉｌｌｄａｌｅｒｆｒｎａａｐｒｄｃｊｃｎｒｔｔＲｎｅＫｔｍｅｄｃｌｓｖｎｎｙｏｄｓｉｏａｉｉｃｅｗｈａｈ
叶展开，把描述半导体激光器光子数与载流子浓度变化与空间位置有关的速率方程转化为与空
间位置无关的方程，进而利用龙库塔法求解方程，确定激光器在不同电流注入下的光输出特性以及温度，电极尺寸对输出特性的影响．
关键词：率方程；垂直腔面发射；半导体激光器速中图分类号：４２１２０３．＋文献标识码：Ａ
定的宽度，光束会产生许多横模，特别是在工作电流较大的情况下，光场局域的相互作用以及载流子浓度的分布会导致空间烧孔效应．用与时间和空问相关的速率方程来描述载流子与光子的空间分布，以而采可
很好地解释空间烧孔效应．由于与空问相关的速率方程求解复杂，但因而可以通过贝塞尔函数和傅里叶展开，将其转化为二维的方程，进而用数值方法求解，确定激光器在不同电流注入下的光输出特性以及温度，
维普资讯
第８￣４２ｇ．期
江西理工大学学报
ｖ１，．０８０．Ｎ４２
２００７年８月ＪＵＮＬＯＪＧＩＮＶＥＳＴＦＣＥＣＮＥＨＮＬＧＡｇ．０７ＯＲＡＦＩＡＮＸＵＩＲＩＹＯＳＩＮＥＡＤＴＣＯＯＹｕ２０

什么是VCSELVCSEL的结构与原理介绍

什么是VCSELVCSEL的结构与原理介绍VCSEL即垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser），是一种半导体激光器的种类。

与传统的激光二极管（LD）相比，VCSEL有许多优点，包括较高的功率效率、较小的发热量、较低的工作电流和较简单的制造工艺等。

VCSEL的独特结构和工作原理赋予了它广泛的应用前景，特别是在光通信领域。

VCSEL的结构主要由五个组成部分构成：上反射镜（top mirror）、激活区（active region）、下反射镜（bottom mirror）、透明载流子注入区（transparent carrier injection region）和透明载流子反射层（transparent carrier reflector）。

在这些部分中，最为重要的是激活区和反射镜。

激活区是VCSEL的工作部分，它由多个半导体量子阱（quantum well）构成。

激活区的厚度通常控制在几个纳米到十几个纳米之间。

当电流通过激活区时，电子和空穴会发生复合释放出光子，产生激光。

激活区的电流密度和注入载流子的浓度决定了VCSEL的输出功率和效率。

两个反射镜使得VCSEL能够实现垂直发射，这是与传统激光二极管的重要区别。

上反射镜和下反射镜由多个和λ/4厚度交替的介质层组成，其中λ是激光的波长。

通过选择合适的介质和层次结构，可以实现高反射率，将大部分光束反射回激活区，产生干涉增强效应，从而增强激光放大。

VCSEL的工作原理基于费曼轻子波束的合成相干超远场发射原理。

当电流通过激活区时，激光由激光腔垂直发射并形成两束相干光束。

由于VCSEL的量子阱和介质层具有光增益，激光会在腔内进行多次反射和放大，从而形成模态。

这些模态在垂直方向上是相干的，在水平方向上呈现高斑度。

由于VCSEL的垂直发射结构，VCSEL能够实现单模发射，产生高斑度、方向性好的激光束，射程远，耦合效率高。

光泵浦垂直外腔面发射激光器特性及研究进展

关键词光电子学光泵浦垂直外腔面发射激光器高功率腔内倍频可调谐运转被动锁模
中图分类号：ＴＮ２４ｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＯｐｔｉｃａｌｌｙＰｕｍｐｅｄＶｅｒｔｉｃａｌＥｘｔｅｒｎａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒｓ
现室温连续运转以来，半导体激光器成为了光电子技术领域
ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０１６０１）
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｄｅｖｉｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｉｓｋａｎｄａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｏｐｔｉｃａｌｌｙｐｕｍｐｅｄ
尾端泵浦方式的优点是可以得到圆形的泵浦光斑泵浦光耦合系统容易架设结构非常紧凑对激光器的集成与封装非常有利其缺点是dbr必须特别设计为对泵浦光透明这泵浦光首先要通过dbr才能到达量子阱吸收区这就要求dbr必须设计为对泵浦波长全透对发射激光波长高反射才能使激光器获得高效的泵浦和较低的泵浦阈值
・
６４・
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｖｅｒｔｉｃａｌｅｘｔｅｒｎａｌｃａｖｉｔｙｓｕｒｆａｃｅｅｍｉｔｔｉｎｇｌａｓｅｒａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｌａｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｓｄｅｍｏｎ —

vcsel激光器工作原理

vcsel激光器工作原理VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）是一种垂直腔面发射激光器，具有高功率、高速、高效率和可集成等优点。

VCSEL是一种半导体激光器，其工作原理与其他半导体激光器相比有一些独特之处。

VCSEL内部结构通常由多层半导体材料组成，包括导电层、多个量子阱层、衬底和反射镜。

其中，量子阱层由多层具有不同能带结构的半导体材料组成，通过调节这些层的材料和结构，可以实现不同波长的激光输出。

VCSEL的工作原理是基于电流注入激射（current injection laser）的机制。

当在VCSEL的导电层施加电流时，电子从导电层注入到量子阱层，形成电子-空穴对。

这些电子-空穴对在量子阱层中进行复合，释放出能量，产生光子。

VCSEL的量子阱层通常由多层GaN（Gallium Nitride）和AlGaInN （Aluminium Gallium Indium Nitride）组成，这些材料具有较宽的能带间隙，可以实现可见光和紫外光的激射，这使得VCSEL在通信、显示、传感、生物医学和照明等领域有广泛的应用。

VCSEL的特殊之处在于其垂直腔结构。

传统的半导体激光器，如Edge-Emitting Laser Diode（EELD），其激射通过腔内的边缘面进行，而VCSEL则是通过一个垂直的反射镜进行。

这个垂直反射镜由半导体层和外部介质（通常是空气）之间的差异折射率形成，具有高反射率。

垂直腔结构使得VCSEL能够垂直地发射出激光光束，而不需要像传统激光器那样使用边缘面进行耦合。

这种垂直发射的特性使得VCSEL的激光光束质量较高，光斑直径较小，易于集成和耦合到光纤或其他光学器件中。

此外，VCSEL还具有温度稳定性好、功率密度均匀分布、制作工艺成本低等特点。

由于这些优点，VCSEL在光通信中的应用逐渐取代了传统的EELD。

随着技术的不断发展，VCSEL的输出功率和调制带宽也在不断提高，进一步推动着其在数据中心、无线通信和传感等领域的应用。

DFB简介剖析

激光器分类

法布里-珀罗型激光器（FP）分布反馈激光器（DFB）

垂直腔面发射激光器（VCSEL）
FP激光器
FP激光器的谐振腔由镀膜的自然解理面形成的，只能实现静态单模工作。在高速调制或温度和电流变化时，会出现模式跳跃和谱线展宽。
DFB激光器

DFB( Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅（Bragg Grating），属于侧面发射的半导体激光器。 DFB激光器将布拉格光栅集成到激光器内部的有源层中（也就是增益介质中），在谐振腔内即形成选模结构，可以实现完全单模工作。

尽管DFB激光器有很多优点，但并非尽善尽美。例如，为了制作光栅， DFB激光器需要复杂的二次外延生长工艺，在制造出光栅沟槽之后由于二次外延的回熔，可能吃掉已形成的光栅，致使光栅变得残缺不全，导致谐振腔内的散射损耗增加，从而使激光器的内量子效率降低。此外， DFB激光器的震荡频率偏离Bragg频率，故其阈值增益较高。
目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓 (GaSb）、砷化镓（GaAs）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。 DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性（即光谱纯度），它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边摸抑制比（SMSR），目前可高达40-50dB以上。
DFB-LD芯片制造

DFB激光器 DFB激光器在高速调制时也能保持单模特性，这是F-P激光器无法比拟的。尽管 DFB激光器在高速调制时存在啁啾，谱线有一定展宽，但比F-P激光器的动态谱线的展宽要改善一个数量级左右。Leabharlann FP-LD与DFB-LD的比较

vcsel温度和波长温漂系数

vcsel温度和波长温漂系数
VCSEL（垂直腔面发射激光器）是一种半导体激光器，其工作温度和波长温漂系数是两个重要的参数。

1. VCSel 温度特性：
VCSEL的工作温度对其性能有显著影响。

通常情况下，VCSEL的输出功率、效率和频率响应随着温度的变化而改变。

当温度升高时，VCSEL的输出功率可能会下降，效率可能会减小，并且频率响应可能会发生偏移。

这是因为在高温下，电子与空穴的复合速度增加，引起载流子非辐射复合增加，从而降低了光发射效率。

此外，温度还会影响VCSEL的热稳定性和寿命。

2. 波长温漂系数：
波长温漂系数是指VCSEL输出光的波长随温度变化的相对变化率。

它用于描述VCSEL在温度变化下产生的波长偏移程度。

波长温漂系数通常以纳米/摄氏度（nm/°C）为单位。

例如，如果一个VCSEL的波长温漂系数为0.1 nm/°C，那么在每摄氏度的温度变化下，其输出波长将偏移0.1纳米。

波长温漂系数对于某些应用非常重要，特别是在需要精确控制光学系统中。

高波长温漂系数的VCSEL可能需要更复杂的温度补偿技术来保持其输出波长的稳定性。

需要注意的是，VCSEL的温度和波长温漂系数是由其设计和制造过程决定的，并且可以根据特定应用需求进行优化。

因此，不同类型和品牌的VCSEL可能具有不同的温度特性和波长温漂系数。

1。

vcsel激光器工作原理

vcsel激光器工作原理VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）是一种垂直腔面发射激光器，作为一种新型的激光技术，已经逐渐取代了传统的边发射激光器，广泛应用于数据传输、光电集成电路等领域。

VCSEL激光器的工作原理主要可以分为以下几个方面。

首先，VCSEL激光器的垂直结构使得光能够在垂直方向上发射出来，而不需要外接镜面的反射。

这一特点使得VCSEL激光器具有高度集成的能力，能够实现多通道的密集光载波传输。

其次，VCSEL激光器的制备技术使用了半导体材料。

通过在半导体材料上掺入不同的杂质，可以形成P型和N型两种半导体材料。

在两种材料的交界处形成一个PN结，被称为PN结光电二极管。

当向PN结加上电压后，会在PN结内产生一个电场，这个电场会将电子和空穴分离，使得空穴在P区域聚集，电子在N区域聚集。

当电子与空穴冷却复合时，会发光。

而VCSEL激光器就是在PN结两侧加入两个高反射率的Bragg反射镜，形成垂直共振腔。

当电流通过VCSEL激光器时，电子从N区域向P区域跃迁，同时空穴从P区域向N区域跃迁，同时P区域与N区域之间的电场导致电子和空穴在PN结内不断积累。

当电荷积累到一定程度时，会产生激光放大。

然后，通过PN结两侧的高反射率镜子使激光在垂直方向上得以放大，最终发射出来。

此时，VCSEL激光器的工作模式被称为连续激射模式。

另外，VCSEL激光器的波长选择性也是通过设计和调整材料和结构的相关参数来实现的。

通过选择不同类型和厚度的半导体材料，以及调整反射镜的厚度，可以实现不同波长的输出。

这一特点使得VCSEL激光器在光通信和光传感等领域具有广泛的应用前景。

总之，VCSEL激光器通过将电流导通时产生的电子与空穴结合形成激光，再通过高反射率镜子的作用进行垂直放大，并通过调整材料和结构参数来选择特定波长的激光输出。

VCSEL激光器具有高度集成、波长选择性强等特点，已经成为光通信和光电集成领域的重要技术。

垂直腔面发射激光器..

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制作过程 VCSEL的各个半导体层是采用分子束外延(MBE) 或金属有机化学汽相沉积(MOCVD)方法在GaAs衬底上外延生长而形成的，大约需100多层，而每层的厚度只有几纳米。在晶体生长中每层的厚度必须得到很好的控制，因为它对激射波长和最终的成品率都有重要的影响；在外延过程中要确保整个外延层的均匀性。目前国内在外延生长方面，尤其在生长高反射率的分布布喇格反射器(DBR)方面和国外还有一定的差距。
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构材料及器件
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垂直腔面发射激光器的结构
组成：该结构由镜面、有源层和
金属接触层组成。2个发射镜分别为 n 型和 p 型 DBR 堆的布喇格发射器。有源区由 1～3 个量子阱组成。有源区的两侧是限制层，一方面起限制载流子的作用，另一方面调节谐振腔的长度，使其谐振波长正好是所需要的激光波长。在衬底和 p 型 DBR 的外表面制作金属接触层，形成欧姆接触，并在 p 型 DBR上制成一个圆形出光窗口，输出圆形的激光束。
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垂直腔面发射激光器的工作原理
VCSEL与其它激光器发光原理一样，只要满足以下两个条件就可以实现激光激发。粒子数反转过程：在有源区内存在粒子数反转，使激光煤质提供的增益足够超过损耗的情况下，当有电流注入时，光强将持续增加，处于高能态导带底的电子跃迁到处于低能态价带时，随着特定波长的光在有源区上下两个反射镜面来回反射，放大过程不断重复，便形成了激光。谐振腔：由两个反射镜和增益介质组成的,是产生激光的主要条件之一。谐振腔在VCSEL中的主要作用是给在有源区内产生的光，在上下两个布拉格反射镜来回反射时，形成多次光能反馈提供的一个空腔，使受激辖射在其中得到多次反馈而形成激光振荡。

GaAs基垂直腔面发射激光器综述

InP/InGaAsP垂直腔表面发射激光器综述摘要：简要介绍了半导体激光器的基本原理，基于InP/InGaAsP 材料的垂直腔表面发射激光器（VCSEL）的基本原理与结构，分布布拉格反射器（DBR）的材料与各层厚度，以及1.3μm的VCSEL在光纤通信方面的应用。

关键词:半导体激光器垂直腔表面发射激光器InP/InGaAsP引言：1962年，世界上第一台半导体激光器——GaAs激光器实现了低温下的脉冲工作。

1970年实现了室温下连续工作，其后半导体激光器取得了迅速的发展。

目前半导体激光器在光存储、光陀螺、激光打印、激光准直、测距等方面有广泛的应用。

尤其在光纤通信中，它是最重要的光源之一。

垂直腔表面发射激光器的概念是由日本科学家Iga等人于1977年提出，并且于1979年研制出了第一只VCSEL，但只能实现低温下的激射，阈值电流也很高。

该研究小组于1988年实现了0.86μm GaAs/AlGaAs 材料的VCSEL室温下的脉冲激射。

随着外延技术的发展，使得制造出高反射率的半导体布拉格反射器成为可能，这大大加速了VCSEL的研究进程。

1989年贝尔实验室制作出了第一只室温下连续波工作的0.98μm单量子阱VCSEL。

其后VCSEL迅速发展，至1996年，美国的Honeywell公司提供了第一只应用于光纤通信的商用质子注入型VCSEL。

近几年，1.3μm与1.55μm波长的VCSEL是研究的热点，它们在中短距离通信方面有重要的应用。

1 半导体激光器简介半导体激光器是以半导体材料作为激光工作物质，利用半导体中的电子光跃迁引起光子受激发射而产生激光的光振荡器和光放大器的总称。

它具有体积小，重量轻，寿命长，效率高，可利用调制高频电流的方法实现高频调制，可批量生产，可单片集成化等诸多优点。

半导体激光器发出激光的必要条件有：（1）实现粒子数反转，即将价带的电子激发到导带形成大量的电子——空穴对。

（2）有一个能起光反馈作用的谐振腔。

高功率980nm垂直腔面发射激光器的温度特性

ＨｏｒｎＳＥｎｕｎ，ＥＧｕ — ｇ，ＨＮＷｅ￣ａＷＡＧＱｎ。ＺＥＧＷａ－ｕ３ＣＮＬａｇｈｉｏＮｉ，ＨＮｎｈａ，ＨＥｉ－ｕｇｎ。
（．ｐｒｎｆＥｅｔｎｃａｄＣｍｍｕｉａｉｎＴｃｎｌｇ，ｈｎｈｎＩｓｔｔｏｎｏｍａｉｎＴｃｎｌｇ，１ＤｅａｔｔｏｌｃｏｉｎｏｍｅｒｎｃｔｅｈｏｏｙＳｅｚｅｎｔｕｅｆＩｆｒｔｅｈｏｏｙｏｉｏ
ｅｔｎａｅｓ（ｍｉｉｇｌｓｒＶＣＳＬ）ｗｉｎＡｓＧａＰｓａｎｃｍｐｎａｅｕｎｕｗｅｌｓｕｔｒｒｎｏｕｅｔＥｔＩＧａ／Ａｓｔｉｏｅｓｔｄｑａｔｍｌｔｃｕｅｗｅｅｉｔｄｃｄｈｒｒｒ
到器件峰值功率为１Ｗ，据波长与耗散功率的实验曲线及热阻计算公式，估算出垂直腔面发射激根可
光器热阻值为ｌＷ。０Ｋ／
关键词：垂直腔面发射激光器；高功率；应变补偿
Ｓｈｎｈｅ５８２ｅｚｎ１０９，Ｃｈｎ；ＯｃａｏＩｃｒｏａｅｍｐｎｉａ２．ｌｒｎｏｐｒｔｄＣｏａｙ，Ｓｈｎｈｎ５８０ｅｚｅ１００，Ｃｈｎ；ｉａ
３ＮａｏＯｔｅｅｔｎｃａｏａｏｙＩｓｔｔｆＳｍｉｏｄｃｏｓＣｉｅｅＡａｅｆＳｉｃｓＢｅｉｇ１０８，ｈｎ）．ｎ — ｐｏｌｃｏｉｓＬｂｒｔｒ，ｎｔｕｅｏｅｃｎｕｔｒ，ｈｎｓｃｄｍｙｏｅｅｅ，ｉｎ００３ＣａｒｉｎｊｉＡｂｔａｔｔａｎｃｍｐｎｓｔｄｑａｔｍｌｓｒｃｕｅｈｓｂｃｍｅａｈｔｒｓａｃｏｉｎｒｃｎｅｓｓｒｃ：Ｓｒｉｏｅａｅｕｎｕｗｅｌｔｕｔｒａｅｏｏｅｅｒｈｔｐｃｉｅｅｔｙａｒｂｅａｓｆｉｓｉｔｒｓｉｇｈｒｃｅｓｉｓｉｃｕｉｇｗｉｅｂｄｄｈ，ｈｇａｎａｄｌｗｖｌｎｔｈｆｉｇｃｕｅｏｔｎｅｅｔｎｃａａｔｒｔｎｌｄｎｄａｗｉｔｉｃｎｉｈｇｉｎｏｗａｅｅｇｈｓｉｎｔｒｔａｅ．Ｉｔｉａｔｌ，ｔｅａｉｂｅ— ｍｐｒｔｒｅｐｒｍｅｔｏｆ９０ｍｈｇｈｏｒｖｒｃｌａｉｙｕａｅｎｈｓｒｉｅｈｖｒａｌｔｃｅｅａｕｅｘｅｉｎｓ８ａｉｐｗｅｅｔａｃｖｔｓｒｃｉｆ

垂直腔面发射激光器的特性分析

垂直腔面发射激光器的特性分析半导体情报第38卷第4期2001年8月研究探讨ZnO薄膜材料的发光特性3王卿璞,张德恒(山东大学物理与微电子学院,山东济南250100)摘要:回顾了最近几年对于永芹,黄柏标(山东大学晶体所,山东济南250100) ZnO自发辐射和受激辐射发光特性。

薄膜材料发光特性的研究进展,介绍了用不同方法制备ZnO薄膜的关键词: ZnO薄膜;发光特性;发光机制中图分类号: TN 30412+ 4文献标识码:A文章编号: 100125507 (2001) 0420048206Light emitting characteristic of ZnO thin filmsWANG Q ing2pu, ZHANG De2heng(Faculty of Physics and M icroelectronics, Shandong University , J inan 250100, Ch ina)YU Yong2qin, HUANGBo2b iao(Institute of CrystalliteM aterials, Shandong University , J inan 250100, Ch ina)Abstract:Thedevelopmentsoftheinvestigationonluminescencecharacteris ticforZnO thinfilmsarereviewed, thesponteneousandstimulatedemissionforZnO thinfilmsdepositedbydifferentm ethod are described.Keywords: ZnO thinfilm ; luminescencecharacteristic; luminescencemechanism效率的蓝光发光二极管和激光器。

这可使全色显示1引言成为可能,用GaN所制造出的蓝光激光器可代替近几年人们对宽禁带半导体产生了极大的兴GaA s红外激光器使光盘的光信息存储密度大大提趣,目的是寻找能产生短波长的发光材料用以制造高,这将极大地推动信息技术的发展。

垂直腔面激光器

这样就形成了垂直腔面的激光发射,从而得到稳定、持续、有一定功率的高质量激光。V CS EL是以Ga A s和AIGa As作为工作物质,它们分布在活性层 (Gai n Re g i o n)。此工作物质具有四能级系统的能级结构形式,根据条件不同, 可发射出7 8 0n m、8 5 0 n m和9 80 n m等波长的激光。我们可以把结构图l简化成工作物质与电流关系的原理图 , 如图2所示。当P一N结两端不加电压时 ,N区中的多数载流子—电子与P区中的多数载流子—空穴互相扩散, 形成一个内建电场,此时P一 N结相当于一个阻挡层。当在 P一 N结上加正向电压,即N极接负极,P极接正极,阻挡层被削弱,注入N区的大量电子流向P区并在结区与空穴复合,放出光子产生激光。
导体微结构材料及器件
垂直腔面激光器的结构及工作原理
VCSEL主要由三部分组成 (见左图），即激光工作物质、崩浦源和光学谐振腔。工作物质是发出激光的物质,但丌是仸何时刻都能发出激光,必须通过崩浦源对其迚行激励,形成粒子数反转,发出激光,但这样得到的激光寿命很短,强度也丌会太高,并且光波模式多,方向性很差。所以,还必须经过顶部反射镜(Top Mirror) 和底部反射镜 (Bottoo Mirror)组成的谐振腔,在激光腔 (Laser Cavity)内放大不振荡,并由顶部反射镜 (Top Mirror)输出,而且输出的光线只集中在中间丌带有氧化层(Oxide Layers)的部分输出。
Thanks
垂直腔面激光器的优点
波长稳定性
VCSEL激射波长非常稳定，因为它是由短期（1-1.5波长厚）法布里 - 珀罗腔固定。
生长技术改善了腔波长为2nm的标准偏差，这允许制造的VCSEL2-D数组数组的元素（<1nm的全宽半高谱宽）之间的小波长变化。由于VCSEL的丌受灾难性的光学损伤，其可靠性比边缘发射器高得多对于高功率应用中，VCSEL关键优势是可以直接加工成单片的2—D阵列

vcsel技术产业和市场趋势

vcsel技术产业和市场趋势VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）垂直腔面发射激光器是一种基于半导体材料制备的光源，具有独特的结构和性能优势，广泛应用于通信、光电子、生物医学和传感等领域。

本文将探讨VCSEL技术的产业发展和市场趋势。

一、VCSEL技术的产业发展1. 技术原理和特点VCSEL是一种特殊的半导体激光器，和传统的边缘发射激光器相比，具有以下特点：（1）发射光垂直输出：VCSEL的光输出垂直于芯片表面，使其易于集成到光子集成电路等复杂系统中；（2）低能耗和热阻抗：VCSEL的结构和材料选择使其具有较低的能耗和热阻抗，有利于芯片的高功率和高速度运行；（3）易于制造和测试：VCSEL的制造工艺相对简单，可以实现批量生产和高质量的检测。

2. 技术发展历程VCSEL技术自20世纪80年代初开始研究，经过多年的发展，取得了显著的突破。

关键技术进展包括材料的优化、制备工艺的改进和集成封装技术的创新等。

随着技术的不断成熟，VCSEL在通信、光电子、生物医学和传感等领域得到广泛应用。

3. 产业链分析VCSEL技术的产业链主要包括芯片制造、封装和模组系统集成等环节。

（1）芯片制造：VCSEL芯片的制造涉及到半导体材料选择、外延生长、加工、工艺优化等过程。

当前主导该领域的企业主要有美国的Finisar、瑞士的II-VI、日本的松下等。

（2）封装：VCSEL芯片的封装是将其与其他器件或模块连接在一起的过程，以满足不同应用场景的需求。

能够提供高品质封装的企业有日本的Furukawa Electric、台湾的Lite-On等。

（3）模组系统集成：VCSEL芯片的模组化和系统集成是实现具体应用的关键一步，涉及到光纤、连接器、驱动电路等多方面技术。

在这个领域，美国的Lumentum、Acacia Communications等企业具有较强的实力。

二、VCSEL技术市场趋势1. 通信市场VCSEL技术在光纤通信和无线通信领域的应用日益广泛。

表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列的热特性

60908012, 61575008, 61775007)、北京市自然科学基金 (批准号: 4172011) 和北京市教育委员会 (批准号: 040000546319525, 040000546618006) 资助的课题.
† 通信作者. E-mail: gbl@
物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 69, No. 6 (2020) 064203
表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列的热特性*
王志鹏张峰杨嘉炜李鹏涛关宝璐†
(北京工业大学信息学部, 光电子技术教育部重点实验室, 北京 100124)
(2019 年 11 月 25 日收到; 2019 年 12 月 24 日收到修改稿)
2 器件结构设计与制备
图 1 为表面液晶-VCSEL 阵列的结构示意图, 本实验所用器件结构采用金属有机物化学气相淀积技术在 n 型 GaAs 衬底上外延生长而成. 从 GaAs 衬底自下而上依次生长 n 型分布布拉格反射镜 (DBR)、有源区、氧化限制层、p 型 DBR 和欧姆接触层. 其中 n 型 (Si 掺杂) DBR 由 34.5 对 Al0.90Ga0.10 As/Al0.12Ga0.88As组成, 有源区由 3 对 6 nm 厚的 GaAs 量子阱和 8 nm 厚的 Al0.30Ga0.70As 势垒构成 , 其中心波长为 850 nm, p 型 (C 掺杂 ) 掺杂 DBR 由 21 对 Al0.90Ga0.10As/Al0.12Ga0.88As 组成 . 而位于有源区和 p 型 DBR 之间的氧化限制层 (Al0.98Ga0.02As)厚 30 nm, 经过湿氮氧化工艺后形成 AlxOy 层, 从而形成电流和光场的分布限制.

vcsel和led发光原理

VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）和LED（Light-Emitting Diode）都是常见的光电器件，用于发射光信号。

它们的发光原理有所不同。

1. VCSEL（垂直腔面发射激光器）：VCSEL 是一种半导体激光器，采用垂直结构设计。

它由多个半导体材料层构成，其中心腔层被夹在两个反射镜之间。

当电流通过 VCSEL 时，电子和空穴被注入到中心腔层，产生载流子复合并释放能量。

这个过程称为电子与空穴的复合再辐射。

由于腔层被设计为垂直结构，光束可以垂直地从 VCSEL 的表面发射出来。

VCSEL 通常以单频或多模式发射光线。

2. LED（发光二极管）：LED 是一种半导体器件，当电流通过正向偏置的二极管时，LED 发射可见光。

LED的发光原理基于电子与空穴的复合效应。

当电流流过正向偏置的 PN 结时，电子从 N区域跃迁到P 区域，与空穴发生复合，释放出能量。

这个能量以光子的形式发射出来，产生可见光。

总结起来，VCSEL 是一种激光器，利用电子与空穴的复合再辐射产生的光放大和共振效应，从垂直方向发射出激光光束。

而 LED 是一种发光二极管，利用电子与空穴的复合释放能量，产生可见光。

两者在光源应用中有所不同，VCSEL 更适用于高速通信、光传感和光雷达等领域，而 LED 常用于照明、指示灯和显示屏等应用。

针对VCSEL和LED的发光原理，我来更加详细地解释一下。

1. VCSELVCSEL是一种垂直腔面发射激光器。

它的结构是由多个不同材料构成的多层结构。

中心腔层被夹在两个反射镜之间。

这些反射镜由多个半波长厚度的高折射率的材料层（通常是两种互相接壤的半导体材料）组成，使得光线可以在这些层之间反弹多次，形成共振腔。

当电流通过VCSEL时，电子和空穴被注入到中心腔层，产生载流子复合并释放能量。

这个过程称为电子与空穴的复合再辐射。

由于腔层被设计为垂直结构，光束可以垂直地从VCSEL的表面发射出来。

vcsel读法

vcsel读法
摘要：
1.VCSEL 的定义和作用
2.VCSEL 的读法
3.VCSEL 的重要性和应用领域
正文：
VCSEL，全称为垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser），是一种半导体激光器，其特点是发射光束垂直于芯片表面。

这种独特的结构使得VCSEL 在光通信、数据传输、生物医学和光学传感器等领域具有广泛的应用。

VCSEL 的读法可以从以下几个方面来理解：
首先，VCSEL 是一种半导体激光器。

半导体激光器是通过电子和空穴在半导体材料中复合产生光子的器件。

VCSEL 的特点在于其结构，它采用垂直腔结构，这种结构使得激光光束能够垂直于芯片表面发射，从而具有更好的光束质量和更低的光束发散角。

其次，VCSEL 的读音为“垂直腔面发射激光器”。

这个词组可以分为三个部分来理解：垂直腔，面发射和激光器。

垂直腔指的是VCSEL 的结构特点，即其腔体垂直于芯片表面；面发射则描述了VCSEL 光束的发射方向，即光束垂直于芯片表面；激光器则表明了VCSEL 的功能，即产生和发射激光光束。

最后，VCSEL 的重要性和应用领域。

由于其独特的结构和优异的性能，VCSEL 在光通信、数据传输、生物医学和光学传感器等领域具有广泛的应用。

例如，在光通信领域，VCSEL 被广泛应用于短距离光通信系统，如数据中心、
光纤到户等；在生物医学领域，VCSEL 可用于生物组织光学成像和光疗等。