研究了波長為(wei) 1.55um的基於(yu) InP的垂直腔麵發射激光器（VCSELs），其調製帶寬和溫度特性得到了改善。利用改進的有源區、熱設計和降低芯片寄生，可實現高達85℃的10GHz優(you) 越調製帶寬。新的VCSEL器件與(yu) 我們(men) 的參考設計進行了詳細比較，分析了所有帶寬限製元素。這些vcsel在恒定輸出功率下具有更好的溫度範圍和Min的溫度變化閾值，特別適合無源光網絡中的非冷卻工作。這種設備的潛在比特率有望達到12.5甚至17Gb/s，從(cong) 而實現城域範圍內(nei) 具有成本效益的100-G以太網解決(jue) 方案。
1.55μmvcsel與(yu) 增強調製帶寬和溫度範圍-設備結構
內(nei) 部帶寬超過20GHz的垂直腔麵發射激光器（VCSELs）在近紅外光譜中發射約850nm。然而，這個(ge) 波段隻能用於(yu) 短距離；因此，長波長高速VCSELs的開發一直在不斷努力，並不斷改進。
特別是具有埋地隧道結（BTJ）的長波VCSELs已顯示出良好的效果和創紀錄的高調製帶寬。在討論100-G以太網標準時，建議采用8×12.5Gb/s、6×17Gb/s和4×25Gb/s的並行方法，由於(yu) 成本問題，更傾(qing) 向於(yu) 采用更高的串行帶寬。7~8GHz的調製帶寬足以滿足10Gb/s的數據傳(chuan) 輸；因此，10GHz、13GHz和19GHz的激光帶寬需要實現更高的數據速率，這應該是一個(ge) 具有成本效益的設備，在長波長和高達85℃的高溫下進行非冷卻操作。
在本文中，我們(men) 展示了我們(men) zui近開發的改進的高速長波長BTJVCSELs，其帶寬高達85℃。
設備結構
本研究所采用分子束外延法在InP襯底上生長了所研究的激光器。高速1.55umVCSEL結構是其他高速器件的改進版本，具有優(you) 化的有源區域、失諧、鏡像反射率和摻雜水平。激光芯片的示意圖如圖1所示。BCB用作低介電常數鈍化，以實現高速運行。
外延輸出鏡由32對無基波吸收的InGaAlAs和InAlAs組成。為(wei) 了在高溫下實現高速運行和足夠的增益，有源區由7個(ge) 厚度為(wei) 6納米的重應變InAlGaAs量子阱組成。在接近臨(lin) 界層厚度的邊緣處，將應變調整為(wei) 壓縮應變的2.5%（擬晶）。這將提高增益和差分增益，從(cong) 而實現低閾值電流和高弛豫振蕩頻率。模式增益偏置針對高溫行為(wei) 進行了優(you) 化。因此，可以得到負T0值，即該器件在60℃散熱器溫度時閾值電流Min低。這種效應是由增益和腔模在溫度上的不同紅移引起的。由於(yu) BTJ允許消除幾乎所有具有較高電阻和光損耗的p導電材料，差分串聯電阻已達到40-50Ω，非常適合高速器件。
圖1 高速1.55um基於(yu) inp的BTJVCSEL的示意圖。
該裝置安裝在電鍍金假襯底上。在製造過程中去除InP襯底。
n-觸點和p-觸點都可以在頂部訪問。觸點板電容被Min化。
寄生設備
由於(yu) 我們(men) 的VCSEL的寄生響應可以通過一階等效電路很好地建模，包含鬆弛振蕩頻率，固有阻尼和寄生滾降的三極濾波器函數可以很好地建模我們(men) 的VCSEL響應，允許提取幾個(ge) 固有參數。公式(1)中的常數項為(wei) 激光器和探測器的量子效率差
盡管參考其他設計中的器件在芯片直徑為(wei) 28um時表現出優(you) 異的高速性能，但參考設計的寄生極對於(yu) 40um器件的帶寬限製為(wei) 6.7GHz，如圖2(a)所示。在改進後的設計中，寄生電容顯著降低，寄生滾降頻率和調製帶寬分別約為(wei) 7GHz和9GHz，如圖2(b)所示。這是通過減少BTJ旁邊的阻塞二極管的摻雜水平從(cong) 5到
17cm-3來實現的，從(cong) 而產(chan) 生更寬的空間電荷區域和更小的寄生電容。
圖2 不同偏置條件下不同InP過生長設計下直徑為(wei) 40um的大芯片vcsel的小信號調製性能。這裏隻描述符合公式(1)的曲線擬合
(a) 在我們(men) 之前的設計中，1.55um的VCSEL孔徑為(wei) 5um，芯片直徑為(wei) 40um，導致寄生限製帶寬僅(jin) 為(wei) 6.7GHz
(b)具有改進過生長設計的VCSEL，減少摻雜以降低寄生電容。一個(ge) 顯著增強的帶寬為(wei) 9Ghz
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