研究了波长为1.55um的基于InP的垂直腔面发射激光器（VCSELs），其调制带宽和温度特性得到了改善。利用改进的有源区、热设计和降低芯片寄生，可实现高达85℃的10GHz优越调制带宽。新的VCSEL器件与我们的参考设计进行了详细比较，分析了所有带宽限制元素。这些vcsel在恒定输出功率下具有更好的温度范围和Min的温度变化阈值，特别适合无源光网络中的非冷却工作。这种设备的潜在比特率有望达到12.5甚至17Gb/s，从而实现城域范围内具有成本效益的100-G以太网解决方案。
1.55μmvcsel与增强调制带宽和温度范围-设备结构
内部带宽超过20GHz的垂直腔面发射激光器（VCSELs）在近红外光谱中发射约850nm。然而，这个波段只能用于短距离；因此，长波长高速VCSELs的开发一直在不断努力，并不断改进。
特别是具有埋地隧道结（BTJ）的长波VCSELs已显示出良好的效果和创纪录的高调制带宽。在讨论100-G以太网标准时，建议采用8×12.5Gb/s、6×17Gb/s和4×25Gb/s的并行方法，由于成本问题，更倾向于采用更高的串行带宽。7~8GHz的调制带宽足以满足10Gb/s的数据传输；因此，10GHz、13GHz和19GHz的激光带宽需要实现更高的数据速率，这应该是一个具有成本效益的设备，在长波长和高达85℃的高温下进行非冷却操作。
在本文中，我们展示了我们zui近开发的改进的高速长波长BTJVCSELs，其带宽高达85℃。
设备结构
本研究所采用分子束外延法在InP衬底上生长了所研究的激光器。高速1.55umVCSEL结构是其他高速器件的改进版本，具有优化的有源区域、失谐、镜像反射率和掺杂水平。激光芯片的示意图如图1所示。BCB用作低介电常数钝化，以实现高速运行。
外延输出镜由32对无基波吸收的InGaAlAs和InAlAs组成。为了在高温下实现高速运行和足够的增益，有源区由7个厚度为6纳米的重应变InAlGaAs量子阱组成。在接近临界层厚度的边缘处，将应变调整为压缩应变的2.5%（拟晶）。这将提高增益和差分增益，从而实现低阈值电流和高弛豫振荡频率。模式增益偏置针对高温行为进行了优化。因此，可以得到负T0值，即该器件在60℃散热器温度时阈值电流Min低。这种效应是由增益和腔模在温度上的不同红移引起的。由于BTJ允许消除几乎所有具有较高电阻和光损耗的p导电材料，差分串联电阻已达到40-50Ω，非常适合高速器件。
图1 高速1.55um基于inp的BTJVCSEL的示意图。
该装置安装在电镀金假衬底上。在制造过程中去除InP衬底。
n-触点和p-触点都可以在顶部访问。触点板电容被Min化。
寄生设备
由于我们的VCSEL的寄生响应可以通过一阶等效电路很好地建模，包含松弛振荡频率，固有阻尼和寄生滚降的三极滤波器函数可以很好地建模我们的VCSEL响应，允许提取几个固有参数。公式(1)中的常数项为激光器和探测器的量子效率差
尽管参考其他设计中的器件在芯片直径为28um时表现出优异的高速性能，但参考设计的寄生极对于40um器件的带宽限制为6.7GHz，如图2(a)所示。在改进后的设计中，寄生电容显著降低，寄生滚降频率和调制带宽分别约为7GHz和9GHz，如图2(b)所示。这是通过减少BTJ旁边的阻塞二极管的掺杂水平从5到
17cm-3来实现的，从而产生更宽的空间电荷区域和更小的寄生电容。
图2 不同偏置条件下不同InP过生长设计下直径为40um的大芯片vcsel的小信号调制性能。这里只描述符合公式(1)的曲线拟合
(a) 在我们之前的设计中，1.55um的VCSEL孔径为5um，芯片直径为40um，导致寄生限制带宽仅为6.7GHz
(b)具有改进过生长设计的VCSEL，减少掺杂以降低寄生电容。一个显著增强的带宽为9Ghz
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