VCSEL器件的常見參數有哪些？如何測試？

概述

垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)是一種激光發(fā)射方向垂直于P-N結平面,而諧振腔面平行于P-N結平面的半導體激光器,它屬于面發(fā)射激光器的一種。而EEL邊射型激光器的光則是沿著水平方向,由芯片的邊緣射出。與EEL相比, VCSEL的生產過程更具經濟效益并且響應快,因此在越來越多的應用中取代了傳統(tǒng)的邊發(fā)射激光器。

圖:不同發(fā)光器件的工作原理

隨著光電子和信息技術的發(fā)展,尤其是設備升級和工藝改進后,VCSEL無論在性能還是應用上都取得了長足的發(fā)展。由于VCSEL具有閾值電流低、工作波長穩(wěn)定、光束質量好、易于一維和二維集成等優(yōu)點,在光通信、激光顯示、光存儲、消費電子等領域得到了廣泛應用。

圖:廣泛的VCSEL傳感應用

垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL具有復雜的半導體結構,但其封裝結構一般更為簡單。不同于邊緣發(fā)射激光二極管，EEL需要解理成Bar條才能進行檢測良品與否，而VCSEL在封裝前就可以對芯片進行檢測,進行產品篩選,極大降低了產品的風險成本。VCSEL生產過程中有三道檢測工序,這三道工序都需要脈沖電流源對器件進行測試?？焖?、靈活且精度高的測試方案對于減小測試的成本至關重要。

VCSEL常見測試參數特性分析

VCSEL器件廣泛應用于3D人臉識別和距離傳感。當VCSEL陣列用于TOF模組,特別是激光雷達一類的dTOF系統(tǒng)時, VCSEL在窄脈沖情況下的峰值功率、工作電流、工作電壓、轉化效率、近遠場光學特性等參數對于芯片供應商、封裝服務商、模組集成商等都非常重要。

VCSEL和VCSEL陣列,包括各種激光二極管標準檢測的關鍵電性能技術參數,常見如激光二極管正向壓降(VF)、KinK點測試/線性度測試(dL/dI)、閾值電流(lth)、輸出光功率等(Po)以斜率效率(Es)等。

LIV測試是確定VCSEL關鍵性能參數的一種快速簡單的方法,它將兩條測量曲線組合在一個圖形中。L/I曲線顯示了激光器的光強度對工作電流的依賴性，并用于確定工作點和閾值電流。V/I曲線顯示了施加到激光器的電壓作為工作電流的函數。通過LIV(光強-電流-電壓)測試,可以評估VCSEL絕大多數電參數特性及最佳輸出光功率。

雷達輸出的激光脈寬越窄,測距精度越高;峰值光功率越大,一般需要至百瓦,測試距離越遠。因此研究高注入電流的高峰值光功率VCSEL芯片十分關鍵。而大功率激光器使用直流或者寬脈沖加電時發(fā)熱嚴重,激光器特效受溫度影響非常大,直流或寬脈沖下的測試結果并不能反映器件特性。因此為了測量VCSEL器件在真實工作場景下的性能,就需要微秒甚至納秒級驅動和測試能力的測試設備對其進行測試,這是目前傳統(tǒng)直流或者寬脈沖的測試表具不能滿足的。

PL系列窄脈沖LIV測試系統(tǒng)典型方案

為了滿足VCSEL產業(yè)鏈對窄脈沖LIV測試的需求，普賽斯儀表和多應用領域的頭部企業(yè)進行了深入的探討,結合產業(yè)需求以及自身技術沉淀,推出了PL窄脈沖LIV測試系統(tǒng),產品具有輸出電流脈沖窄(ns級)、輸出脈沖電流大(30A)、支持脈沖光峰值功率檢測、支持激光器電壓測量、超快上升速度等功能。

圖:普賽斯PL系列窄脈沖LIV測試系統(tǒng)及測試系統(tǒng)框圖

PL系列窄脈沖LIV測試系統(tǒng)構成如上圖所示:PL系列脈沖源、測試夾具、積分球、光纖、光譜儀等,光譜儀用戶可以根據自己的需求選擇另購。

系統(tǒng)優(yōu)勢

集多表功能于一體:快速脈沖發(fā)生器+程控電流源＋峰值取樣光功率計+脈沖電壓表

1、PL系列LIV測試系統(tǒng)具有同步性能好、測試速度快、完整化的解決方案等特點。

2、通過15MS/s的數字化功能,實現脈沖發(fā)生器0.1%基本測量精度;

3、超窄至ns級的脈沖,占空比可低至0.01%;

4、多個精密光電流測試量程;

5、上位機LIV算法,支持各種參數的自動計算,簡化應用。

普賽斯PL系列窄脈沖系統(tǒng)LIV測試掃描可進行正向電壓(VF)測試、閾值電流(lth)測試、光強度(L)測試、光學特性參數測試。

豐富的產品線,多通道老化電源滿足VCSEL激光器老化測試需求

從半導體激光器面世以來,由于其材料及結構特性,面臨著使用壽命衰減的問題,需要對激光器芯片進行老化測試,篩選出有潛在質量問題的元器件,滿足其百萬小時級的工作時間。

針對VCSEL測試系統(tǒng)老化電源的需求,普賽斯豐富的產品線同樣可以應對。多通道老化電源,最大可到40CH,各通道可獨立控制、同步測試、獨立輸出，配置靈活,幫助VCSEL的老化測試實現精準、高效。

審核編輯 黃宇