作为高速数据传输与光电信号处理的核心器件，垂直腔面发射激光器（VCSEL）在高速光通信、激光雷达等领域应用广泛，其动态特性直接关联器件调制速率及稳定性等关键参数。近期，天津赛米卡尔科技有限公司技术团队开发了GaN 基 VCSEL 的动态物理模型，揭示了器件内部载流子输运行为对激光器动态特性的影响规律。
GaN材料固有的极化特性导致GaN基VCSEL有源区中产生了量子限制斯塔克效应（QCSE），这一效应不仅会降低器件的受激复合效率，还会引发严重的电子泄漏等问题。为此，技术团队探索了电子注入效率对-3 dB带宽的影响，并提出了解决方案1。图1表明，相比于传统的VCSEL器件（Device R），随着引入组分渐变式量子垒（Device A）结构和组分渐变式量子垒/p型电子阻挡层结构（Device E），有源区内部受激复合时间（τsti）逐渐减小，电子逃逸时间（τesc）逐渐增加，器件的-3dB带宽逐渐提高。
图1 (a) 器件内部τsti，τaug，τesc；(b) 小信号调制响应对比图1
此外，技术团队还提出了改善GaN基VCSEL动态特性的技术方案，探索了脉冲模式下VCSEL表面缺陷及载流子注入效率对啁啾效应的影响2。图2展示了传统器件（VCSEL A）和对比器件（VCSEL B）的输出功率、空穴浓度分别与驱动时间的变化关系。研究结果表明，VCSEL B拥有更高的空穴注入效率，因此其功率可以在更短的时间内达到功率峰值和稳定输出。
图2 VCSEL A 和 VCSEL B的功率和空穴浓度随脉冲信号的变化关系；T1 表示激光功率峰值出现的时刻，T2表示激光脉冲首个峰值与稳态之间的时间间隔2
研究成果1已被物理-光学领域权威期刊Optics Letters收录，DOI: 10.1364/OL.562956。
研究成果2已被物理-光学领域权威期刊IEEE Journal of Quantum Electronics收录，DOI: 10.1109/JQE.2025.3574120。