Illinois大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)通過(guò)表面鉆孔可以顯著改善垂直腔體表面發(fā)射激光器（vertical-cavity surface-emitting lasers,VCSEL)的性能。這一研究結(jié)果將有助于實(shí)現(xiàn)更快、更便宜的遠(yuǎn)程光通訊系統(tǒng)和光電子IC。
    目前,低成本VCSEL主要用于光束質(zhì)量要求不是很高的數(shù)據(jù)通訊。為了使傳播速度更快、距離更遠(yuǎn),必須要求系統(tǒng)能夠以橫向模式工作,而且可以對(duì)光束進(jìn)行非常細(xì)致,和精確的控制�！巴ǔ�,只有非常昂貴的激光器才具備這些特性,批量生產(chǎn)的VCSEL是無(wú)法達(dá)到這一要求的�！盜llinois大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程系教授兼微米及納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究員Kent D. Choquette說(shuō),“然而,我們發(fā)現(xiàn)如果能夠在VCSEL上表面嵌入一些二維光電晶體,那么就可以成功地對(duì)器件特性進(jìn)行精確設(shè)計(jì)和控制了�！�
    Choquette說(shuō),二維光電晶體是在半導(dǎo)體材料表面上通過(guò)鉆孔形成的,其折射率會(huì)發(fā)生周期性的變化。鉆孔區(qū)域折射率較低,周?chē)�的半�?dǎo)體材料折射率較高。特殊折射率組合形成的單一模式波導(dǎo)只能傳播一種橫向波。
     “我們的光電晶體是由圓形孔洞組成的三角形陣列,所有孔洞都被蝕刻到VCSEL上表面。”Choquette說(shuō),“因?yàn)榘l(fā)生折射率變化的空間必須與波長(zhǎng)相當(dāng),所以孔洞的分布周期必須是幾百納米數(shù)量級(jí)。”
     為了得到精確的孔洞陣列,研究人員首先在半導(dǎo)體材料表面上的SiO2掩模層通過(guò)光刻和聚焦離子束蝕刻定義了所需圖形,然后通過(guò)誘導(dǎo)耦合等離子體蝕刻將孔鉆到半導(dǎo)體材料中。
    Choquette說(shuō):“激光特性可以通過(guò)選擇性地改變孔洞深度、直徑和間距等參數(shù)進(jìn)行控制。這意味著我們可以為高性能光通訊系統(tǒng)精確設(shè)計(jì)和制造單一模式VCSEL了�！�