科学|垂直腔面发射半导体激光器的特性及其研究现状！( 三 )
1 μm波段自Hou等率先在室温下获得1060 nm连续输出连续输出后发展迅速 。 Zhou等通过优化DBR和增益区的设计 ， 获得了目前VCSEL单管63.4%的最高转换效率 ， 高于Kageyama等获得的62%的转换效率 。 同时 ， 他们用于照明领域的1064 nm照明器 ， 由8 x 16 kW的模块组成 ， 输出功率高达100 kW 。
1310 nm和1550 nm波段的VCSEL器件一般由InP和GaAs基材料体系来实现 。 Boehm等制作的1.3~2.0 μm AlGaInAs / InP系VCSEL ， 为了降低热效应 ， 顶部反射镜由基于InP的化合物半导体组成 ， 在MBE结构上生长的掩埋隧道结提供了自调节的横向电和光限制以及稳定的低电串联电阻 。 1.315 μm器件室温下的单模最大输出功率为0.43 mW ， 多模连续工作的最大输出功率为7 mW 。 Klem等在掺Si的GaAs衬底上生长InGaAsN增益材料并通过增大电流注入孔径和隧道结的形式在室温下获得了1300 nm的连续输出 ， 最大输出功率为2.1 mW ， 可操作最高温度为105 ℃ 。 Nishida等把DBR和量子阱之间的AlGaAs空间层替换为i - GaAs隔离层 ， 以此阻止Al扩散到量子阱中降低表面质量和量子阱的光致发光（PL）密度 ， 获得了4.2 mW的1261.5 nm输出 。 Michalzik将Sb加入到GaInNAs材料中 ， 得到的GaInNAsSb可输出波长为1530 nm ， 连续输出功率为2 μW 。
可见光波段的紫光和蓝绿光主要通过GaN基材料直接激发 ， 主要难点是短波长高反射率DBR的生长、有效的电流注入以及热管理 。 目前 ， 420 nm紫光已经获得了0.6 mW的输出功率 。 使用高反射率的全电介质DBR的GaN基VCSEL已经获得了0.7 mW的451 nm蓝光和0.8 mW的503 nm绿光 ， 其输出功率较低 。 Hamaguchi等考虑到n型GaN衬底的热导率高于传统使用的蓝宝石或Si衬底 ， 加之外延横向过生长（ELO）方法可以精确控制腔体长度和形成高反射率电介质DBR ， 通过两者结合在GaN基VCSEL中获得了1.165 mW的453 nm激光输出 ， 为目前电抽运蓝光VCSEL输出的最高功率 。
红光VCSEL也在热管理上遇到了很大的挑战 。 较高的发射能量将DBR AlxGa1-xAs的x的组成范围限制在0.5~1.0 ， 限制了反射镜中可用的折射率范围 ， 反过来又需要更多的DBR层数以实现所需的反射率 ， 较多的DBR层数会产生较高的电流阻抗 ， 而较高的热阻会加重器件的热效应 。 Johnson等在室温下获得了多模673 nm的AlGaInP VCSEL最大输出功率达到11.54 mW ， 转换效率达22.9% ， 为目前红光波段单管输出的最高水平 。 为了提高输出功率 ， Seurin等将GaAs衬底去除并将芯片焊接在高导热性基座上 ， 制造高功率二维阵列 ， 如2 mm x 2 mm的688 nm VCSEL阵列在室温下获得了3 W的连续输出功率 ， 而4 mm x 4 mm的650 nm和688 nm VCSEL阵列在准连续（QCW）运转中分别获得了17和55 W的输出功率 。
3.2 EP - VECSEL
EP - VECSEL是VCSEL向OP - VECSEL发展的过渡产物 ， 其研究主要集中在最初的近红外波段（850~1550 nm） ， 同时可以基于腔内倍频有效地在可见光区域产生激光辐射 ， 易于设计为具有多个激光元件的二维阵列 ， 大幅提高了输出功率 。 因此 ， EP - VECSEL适合批量生产 ， 大大降低了制造成本 。
近红外波段的研究已有较多相关报道 。 Leeuwen等研制的980 nm EP - VECSEL产品 ， 外腔镜使用双凸透镜与平面镜构成扩展腔结构 ， 单管器件的基模和多模连续输出功率分别为365 mW和1 W ， 在15 ns、1 kHz的脉冲工作条件下 ， 基横模峰值输出功率达到4 W 。 Princeton Optronics公司亦研制出包含475个发光单元的980 nm EP - VECSEL列阵器件 ， 连续及脉冲工作时基模输出功率分别达到42 W和155 W ， 成为EP - VECSEL基横模输出的最高水平 。 1.06 μm波长获得了EP - VECSEL单管最高的输出功率 ， Zhao等使用MOCVD在n型GaAs衬底上生长芯片材料 ， 为了减小吸收 ， 衬底掺杂浓度很低（< 2 x 1017 cm-3） 。 增益区由InGaAs / GaAs组成 ， DBR由GaAs / AlGaAs组成 ， 该器件输出功率达9.04 W 。
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