人工晶体学报

作者：贾秀阳, 贾志刚, 董海亮, 陈小东, 高茂林, 许并社

单位：1.太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室，太原 　030024；2.山西浙大新材料与化工研究院，太原 　030024；3.陕西科技大学材料原子·分子科学研究所，西安 　710021

关键词：垂直腔面发射激光器,对称氧化限制结构,电流密度,载流子浓度,单模,光场分布,

基金：国家自然科学基金(21972103);国家自然科学基金(61904120);山西浙大新材料与化工研究院研发项目(2022SX-TD018);山西浙大新材料与化工研究院研发项目(2022SX-AT001);山西浙大新材料与化工研究院研发项目(2021SX-AT001);山西浙大新材料与化工研究院研发项目(2021SX-AT002);山西浙大新材料与化工研究院研发项目(2021SX-AT003);陕西省自然科学基金(2023-JC-QN-0552)

795 nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）作为铷原子钟和量子陀螺仪的激光光源，一般采用单氧化限制结构保证单模输出，但这种结构输出功率较小且功耗较高。本文利用PICS3D软件首先对不同位置单氧化限制层进行模拟分析，结果表明，氧化限制层越靠近有源区，其对载流子的限制能力越强，因此在相同的注入电流条件下器件的输出功率越高。在此基础上设计了靠近有源区对称双氧化限制和四氧化限制结构VCSEL，与传统单氧化限制结构相比，多氧化限制结构VCSEL有源区有较高的电流密度，且输出功率与电光转化效率有较大提高。此外，本文还通过远场、近场分析了氧化限制层数量对器件光学性能影响，发现随着氧化限制层数量的增加，VCSEL高阶模式更多集中在出光孔处且远场发散角增大。本研究对于通过多氧化限制层优化VCSEL性能，平衡输出功率和光学性能具有参考意义。

来源：2025年第5期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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