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[IEEE 2019年国际光电器件数值模拟会议(NUSOD) - 加拿大安大略省渥太华(2019.7.8-2019.7.12)] 2019年国际光电器件数值模拟会议(NUSOD) - 氧化物限制垂直腔面发射激光器的电学特性

DOI：10.1109/NUSOD.2019.8806920 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 我们基于漂移-扩散模型，对具有p-n结的三维多层半导体激光异质结构中载流子输运过程进行了研究，全面描述了垂直腔面发射激光器（VCSELs）的电学特性。我们重点分析了分布式布拉格反射镜（DBRs）界面渐变结构、DBRs及量子阱（QW）周围层的调制掺杂效应、材料相关的载流子迁移率和复合常数等因素，研究对象为氧化物限制型GaAs/AlGaAs VCSELs。通过评估耗尽电容和扩散电容，我们发现电容的两种构成成分以及微分串联电阻均与注入电流和芯片设计密切相关——这意味着通常情况下VCSEL无法通过等效电路近似模型准确描述。电流分布曲线显示，氧化物限制孔径边缘存在显著的电流密度增大现象（电流拥挤效应），该问题可通过优化设计加以抑制。
作者： V. P. Kalosha，V. A. Shchukin，N. Ledentsov Jr.，N. N. Ledentsov
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研究概述 实验方案

研究目的

基于漂移-扩散模型对具有p-n结的三维多层半导体激光异质结构中载流子输运进行建模，从而全面描述垂直腔面发射激光器（VCSELs）的电学特性。

研究成果

基于半导体异质结p-n结激光二极管的漂移-扩散方程，对VCSEL的电学特性（包括耗尽电容、扩散电容以及孔径处的电流拥挤效应）进行了三维建模。评估了氧化物限制孔径的直径与厚度，以及孔径附近外延层设计对决定VCSEL频率响应的RC乘积和电流拥挤效应的影响。

研究不足

该研究聚焦于氧化物限制型砷化镓/铝镓砷垂直腔面发射激光器（VCSELs），其结论若未开展进一步研究，可能无法直接适用于其他类型的VCSELs。

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