改善VCSEL性能
Illinois大学的研究人员发现通过表面钻孔可以显著改善垂直腔体表面发射激光器（vertical-cavity surface-emitting lasers,VCSEL)的性能。这一研究结果将有助于实现更快、更便宜的远程光通讯系统和光电子IC。
目前,低成本VCSEL主要用于光束质量要求不是很高的数据通讯。为了使传播速度更快、距离更远,必须要求系统能够以横向模式工作,而且可以对光束进行非常细致,和精确的控制。“通常,只有非常昂贵的激光器才具备这些特性,批量生产的VCSEL是无法达到这一要求的。”Illinois大学电子和计算机工程系教授兼微米及纳米技术实验室研究员Kent D. Choquette说,“然而,我们发现如果能够在VCSEL上表面嵌入一些二维光电晶体,那么就可以成功地对器件特性进行精确设计和控制了。”
Choquette说,二维光电晶体是在半导体材料表面上通过钻孔形成的,其折射率会发生周期性的变化。钻孔区域折射率较低,周围的半导体材料折射率较高。特殊折射率组合形成的单一模式波导只能传播一种横向波。
“我们的光电晶体是由圆形孔洞组成的三角形阵列,所有孔洞都被蚀刻到VCSEL上表面。”Choquette说,“因为发生折射率变化的空间必须与波长相当,所以孔洞的分布周期必须是几百纳米数量级。”
为了得到精确的孔洞阵列,研究人员首先在半导体材料表面上的SiO2掩模层通过光刻和聚焦离子束蚀刻定义了所需图形,然后通过诱导耦合等离子体蚀刻将孔钻到半导体材料中。
Choquette说:“激光特性可以通过选择性地改变孔洞深度、直径和间距等参数进行控制。这意味着我们可以为高性能光通讯系统精确设计和制造单一模式VCSEL了。”
