850 nm垂直腔面发射激光器的辐射效应.docx

850纳米垂直腔面发射激光器（VCSEL）是一种特殊类型的激光器，因其独特的结构设计——激光在量子阱有源区产生并通过分布布拉格反射层反射，最终垂直于芯片表面发射，具备阈值电流低、远场图对称、高速调制能力、低成本以及易于二维集成等优点。自20世纪90年代中期以来，850nm VCSEL在基于光纤的数据通信链路中成为标准光源，特别是在光互联模块中，因其在传输距离、速度和功耗上的优越性，对于空间任务中的数据通信极具吸引力。 然而，当VCSEL应用于太空环境时，会面临高能粒子辐射的问题。太空中的电子、质子和重离子等高能粒子与卫星上的元器件相互作用，可能导致各种辐射效应，这对元器件的可靠性和卫星系统的设计提出了重大挑战。过去的辐射效应研究，如E. W. Taylor等人对4.5 MeV VCSEL的研究，以及M. Boutillier等人对852 nm激光器的电子辐照实验，都揭示了阈值电流的增加和性能退化现象，这通常归因于非辐射复合中心的形成。 本文针对850 nm VCSEL进行了详细的辐射效应实验，包括γ-射线和10 MeV质子的辐照，并进行了退火实验以分析退化机制。实验样品来自Vixar公司，采用多量子阱结构，包含20.5对p型掺杂顶部反射镜和38.5对n型掺杂底部反射镜的DBR，以及在n型GaAs衬底上的n电极、量子阱、限制电流注入的氧化层、p型DBR和p电极。在室温下，最佳工作电流为25mA，峰值光功率为18mW。 通过不同剂量的γ-射线和质子注量的辐照实验，研究人员发现阈值电流、外量子效率(EQE)和光功率等关键参数随辐射剂量的增加而退化。退火实验则揭示了在一定注入电流和时间条件下，器件性能的恢复情况。利用扫描狭缝光束轮廓仪和半导体参数分析仪，研究人员在辐照和退火后测试了VCSEL的L-I-V曲线，以深入了解辐射对光学特性的具体影响。 了解850 nm VCSEL在辐射环境下的行为对于评估光互连模块的可靠性至关重要，同时也为优化卫星设计中的辐射防护措施提供了基础。未来的研究可能会进一步探索更先进的防护技术和器件结构，以增强VCSEL在太空环境中的耐辐射性能。