垂直腔面发射激光器的温度模型

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1、第!"卷!第#期半!导!体!学!报5678!"!(68#!$$#年#月%&'()*)+,-.(/0,1*)2'%,(3-%4,.*+97:!!$$#垂直腔面发射激光器的温度模型"梁!锋!高建军Q!田学农"东南大学信息科学与工程学院!南京!!P$$`O#摘要!针对垂直腔面发射激光器提出了一种改进的温度模型8该模型建立在半导体激光器49?a><模型的基础之上!通过令器件的寄生电阻和反向饱和电流受温度控制!来模拟激光器的输入特性"EG=特性#!通过引入温度控制的泄漏电流来模拟激光器的输出特性"$G=特性#8模型的参数提取可以基于49?a><模型!并能方便地应用到&*

2、;'%)电路仿真软件中!通过对比可以发现!仿真结果和测试结果吻合得很好8关键词!5%*)0'等效电路模型'温度效应>>)66$P!R$M中图分类号!4(#Z!!!!文献标识码!/!!!文章编号!$!ZR[YP##"!$$##$#[PP!Z[$Z型!通过令5%*)0的寄生电阻和反向饱和电流受C!引言温度控制来模拟不同温度下的EG=特性!通过引入温度相关的泄漏电流来模拟不同温度下的$G=特单纵模工作/低阈值电流/适合二维集成等优性8与2>JF等人的温度模型相比!该模型更具实用点!使垂直腔面发射激光器"5%*)0#得到广泛应性!可以利用已有的方法方便地进行参数提取8

3、用8但是!该器件也有一些缺点!由于多层分布式布拉格光栅的存在!与边沿发射的激光器相比!5%[D!?6;>B的温度模型(P)*)0呈现出较大的阻抗特性和较差的散热性!并且5%*)0是电流注入器件!大的阻抗必然产生可半导体激光器有源区的工作特性都可以由描述观的热量!这使有源区内的温度随注入电流的增大("$P$)载流子与光子相互作用的速率方程来求得$不断升高!因此5%*)0的工作特性随注入电流和CR=RMOO7""ROR"#"#O.@#@"##温度的变化非常明显!建立一个精确简单的温度模C)+3J型就显得十分重要8C@M474/R@"&#""ROR"#"#O.@#@

4、NO基于实用性!5%*)0的温度模型至少应该满C)3J3J足以下条件$"P#可以描述器件的工作特性随温度变其中!R是有源区中过剩少数载流子的密度'@是化的情况'"!#模型不仅可以用来做静态特性的仿真光子的密度'=是注入电流'+是有源区的体积与电荷电量的乘积'R是透明载流子密度'4是光限制还可以做动态特性的仿真!并可以嵌入到现有仿真$因子'7是增益系数'.是增益饱和因子'是耦合软件中做系统仿真8关于5%*)0温度模型的研究!$/(!$Z)系数'3和3分别是载流子和光子的寿命8研究人员已经做了大量的工作!这些模型可以JB较好地描述器件的温度特性!但它们基于数值分析

5、!当注入电流增大时!5%*)0内部的温度会升计算量大且不适合与其他电路一起做仿真!尤其是高!有源层中载流子的能量将增大!于是会有更多的在电路系统的规模较大的情况下8UNBN>=>]AaN等载流子脱离量子阱的束缚!扩散到有源层之外!这样人(O)给出的模型比较简单!但只能描述5%*)0的载流子复合辐射出来的光子的数量就减少了!于是静态温度特性!不能做动态的仿真82>JF等人(#)给出现了输出光功率滚降的现象8可以在49?a><模出的温度模型!虽然基于二级速率方程!并且可以较型中引入温度控制的泄漏电流=7>Fa"D#来表征激光(#)好地表征5%*)0工作特性的温度效

6、应!但与器输出特性的温度效应$549?a><模型有较大差别!不能直接地利用现有的方,O#"'#法进行参数提取8=7>Fa"D#M,%,D,M#本文的模型基于半导体激光器的49?a><模其中!%,为优化因子8"国家自然科学重点基金"批准号$(*1%O$ZRO$P$#和新世纪人才支持计划"批准号$(%)4[$Z[$YOY#资助项目Q通信作者8)IFN7$KF6=NFJ=9J!A>98>C98?J!!$$#[$P[RP收到!!$$#[$R[$R定稿"!$$#中国电子学会##&!半!导!体!学!报第!"卷图P!5%*)0的温度模型1NK_P!4E>76

7、L@E>5%*)0!!半导体激光器中以热的形式耗散的能量可表示为布拉格光栅的寄生电阻8为$=AB6J为自发复合电流!定义如下$E'B6]>5E4O##"*#其中!E和=分别为输入电压和输入电流'.为输3J0出光功率!则芯片内的温度可表示为(#)$=A@NI为受激辐射电流!定义如下$CD=A@NIM+7""ROR"#"#O.@Y@?#@Y@?"#"#DMD"N'DMD"NS@E'B6]>

8、压8$@E@EBE数"量级为#A#!用