高功率分区串联VCSEL优化传感/照明散热问题

来源:柠檬光子LEMON Photonics 2025-10-22

高功率分区串联VCSEL优化传感/照明散热问题

 

在光电子领域,"单片集成串联VCSEL阵列- Monolithic Series-Connected VCSELs"(又称横向串联VCSEL阵列- Laterally-Series-Connected VCSEL Array)通过创新的结构设计,成功解决了高功率VCSEL面临的多个技术难题。

 

技术原理:重新定义VCSEL架构

传统VCSEL在追求高功率时,常面临驱动电流过大、散热困难等挑战。这项创新工艺在同一半导体衬底上制作多个独立的VCSEL发光单元,通过芯片内部金属布线将这些单元以串联方式连接。

柠檬光子核心工艺特点:将大尺寸VCSEL芯片划分为多个独立发光区域,有效分散热源,降低热密度。通过芯片内部微纳加工技术实现VCSEL分区串联,而非传统的外部导线并联
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分区片上串联VCSEL技术优势

1. 高电压、低电流驱动
串联结构使总工作电压为各单元电压之和,电流保持不变。例如实现50W功率输出时,10VCSEL单元串联可将驱动电压提升至20V,电流降至2.5A,相比并联结构需要的25A电流,大幅降低了电流密度和欧姆损耗。

2. 卓越的散热性能
低电流运行显著减少了焦耳热产生,配合分区设计的热源分散,实现了优异的散热效果,带来"温度敏感性低""高可靠性"的核心优势。

3. 无缝光学窗口
通过精密的光刻工艺设计,各分区边界发光点可实现无缝连接,形成均匀、连续的面光源,消除暗区,为高质量光学应用奠定基础。

分区片上串联VCSEL应用场景

这项技术为多个行业提供了突破性解决方案:

  • LiDAR/传感:宽温度范围内的波长稳定性,满足车规级可靠性要求
  • 精密测量:窄谱宽与高功率确保远距离测量精度
  • 红外照明:无缝均匀发光实现无盲区照明
  • 医疗设备:高可靠性满足医疗应用的安全标准
  • 工业应用:优异的散热性能适应严苛工业环境

分区片上串联VCSEL技术价值

柠檬光子单片集成串联VCSEL阵列工艺本质上是一种将多个VCSEL发光单元在芯片内部串联连接的微电子/光电子制造技术,其主要目的是解决高功率VCSEL的散热难题和超大电流驱动难题,最终实现高功率(≥50W)、高可靠性、波长稳定、低温敏性以及无缝均匀发光的优异性能。

随着智能家居、智慧城市和工业物联网的快速发展,这项技术将成为智能制造和智能感知的关键支撑,为各行业的智能化转型提供强大的技术动力。