作為高速數據傳輸與光電信號處理的核心器件，垂直腔面發射激光器（VCSEL）在高速光通信、激光雷達等領域應用廣泛，其動態特性直接關聯器件調制速率及穩定性等關鍵參數。近期，天津賽米卡爾科技有限公司技術團隊開發了GaN基VCSEL的動態物理模型，揭示了器件內部載流子輸運行為對激光器動態特性的影響規律。

GaN材料固有的極化特性導致GaN基VCSEL有源區中產生了量子限制斯塔克效應（QCSE），這一效應不僅會降低器件的受激復合效率，還會引發嚴重的電子泄漏等問題。為此，技術團隊探索了電子注入效率對-3 dB帶寬的影響，并提出了解決方案[1]。圖1表明，相比于傳統的VCSEL器件（Device R），隨著引入組分漸變式量子壘（Device A）結構和組分漸變式量子壘/p型電子阻擋層結構（Device E），有源區內部受激復合時間（τsti）逐漸減小，電子逃逸時間（τesc）逐漸增加，器件的-3dB帶寬逐漸提高。

圖1 (a)器件內部τsti，τaug，τesc；(b)小信號調制響應對比圖[1]

此外，技術團隊還提出了改善GaN基VCSEL動態特性的技術方案，探索了脈沖模式下VCSEL表面缺陷及載流子注入效率對啁啾效應的影響[2]。圖2展示了傳統器件（VCSEL A）和對比器件（VCSEL B）的輸出功率、空穴濃度分別與驅動時間的變化關系。研究結果表明，VCSEL B擁有更高的空穴注入效率，因此其功率可以在更短的時間內達到功率峰值和穩定輸出。

圖2VCSEL A和 VCSEL B的功率和空穴濃度隨脈沖信號的變化關系；T1表示激光功率峰值出現的時刻，T2表示激光脈沖首個峰值與穩態之間的時間間隔[2]

研究成果[1]已被物理-光學領域權威期刊Optics Letters收錄，DOI: 10.1364/OL.562956。

研究成果[2]已被物理-光學領域權威期刊IEEE Journal of Quantum Electronics收錄，DOI: 10.1109/JQE.2025.3574120。

審核編輯 黃宇