基于载流子注入产热机制的半导体激光器热模型分析

为解决常用经验计算公式参数复杂、产热项考虑不足等问题，采用优化的激光器热模型分析了激光器连续工作时有源区温度的变化并进行了实验验证。通过分析有源区注入载流子产热机制，建立了替代传统的热源计算公式的经验计算公式，考虑了载流子通过激光器内部渐变异质结时的势垒电阻以提高焦耳热计算精度。制作了电极尺寸为10 μm、台面尺寸为20 μm的半导体激光器件并对器件热特性进行了模拟。由于未考虑热载流子注入效应，利用传统经验公式得出的有源区热功率密度比提出的优化模型偏低，因而理论模拟的器件内部温升也偏低。对激光器出光特性进行测试，推导出不同注入电流下激光器内部有源区的温升。测量与理论分析对比表明，采用经验公式得出的结果比实际测试结果偏低，而优化的热模型解决了该问题，利用该方法得出的有源区温升与测试结果最大偏差仅为0.2 K，且温升随注入电流的变化趋势一致。