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《表面等离子体调制的纳米孔径垂直腔面发射激光器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第56卷第10期2007年10月物 理 学 报Vol.56,No.10,October,2007100023290P2007P56(10)P5827204ACTAPHYSICASINICAn2007Chin.Phys.Soc.表面等离子体调制的纳米孔径垂直3腔面发射激光器•高建霞 宋国峰 郭宝山 甘巧强 陈良惠(中国科学院半导体研究所,纳米光电子实验室,北京 100083)(2007年1月8日收到;2007年2月27日收到修改稿) 在普通850nm垂直腔面发射激光器基础上制备了表面等离子体调制的纳米孔径垂直
2、腔面发射激光器.当小孔直径为200nm,周围光栅的周期为400nm时,在15mA驱动电流下最大输出光功率达到了013mW.介绍了该器件的制备工艺,并从实验和理论两方面分析了周期性光栅结构对光束的约束作用.关键词:表面等离子体,纳米孔径垂直腔面激光器,输出光功率,远场特性PACC:4260D,4255P波产生持续的共振振荡,表面电荷振子与光波电磁11引言场之间的共振作用形成了SP.在光学领域,SP可以通过亚波长结构用来汇聚和导引光波,从而起到增传统的光存储技术由于受到光学衍射的限制,强透射的作用.根据文献[5,
3、6]可知周期性结构的金能达到的存储密度有限,因而利用近场光存储实现属微小孔可显著地提高输出功率.通过对金属表面超高密度信息存储已经得到越来越多研究者的重的纳米结构调制,人们就能对这种沿表面传播的光[1,2]视.高质量近场光源是一个重要的研究方向.波进行控制,从而衍生出表面等离子体光子能带结[3][7]1999年Partovi等人利用980nm的激光器制备出构器件、光波导、光开关等,这些器件和技术在光了第一个微小孔激光光源(VSAL).同年,Shinada等电集成方面具有巨大的潜力.采用表面等离子体结[4]人利
4、用垂直腔面发射激光器制备出了微小孔激光构调制的纳米光电子器件将为近场光学的研究和应器(NA2VCSEL).虽然测量得到的功率密度还不足以用开辟更广阔的前景.进行数据的存储,但是这项技术和边发射激光器相本文作者针对VSAL已经进行了比较深入的研[8,9]比有更好的前景,具有更小的尺寸.另外,对于垂直究.由于垂直腔面发射激光器具有一些独特的性腔面发射激光器由于它具有对称光输出模式,从而能,例如它可以制备成一维或者二维阵列结构,具有简化了微小孔的制备工艺.圆形输出光束且发散角较小,易于单纵模工作等,因在应用过程中,
5、对近场光源的特殊要求就是要此展开了对NA2VCSEL的研究.本文介绍了具有SP实现高功率密度输出.为了进一步改善和增强纳米调制结构NA2VCSEL的制备工艺,并从实验和理论光源的性能,扩大纳米光源技术的应用领域,在纳米两方面分析了它的远场特性.光源的研制中引入了表面等离子体(surfaceplasmon,SP)调制技术,它是增强光学近场的一个有效的方21器件制备法.SP是沿导体(通常是金属)表面传播的波,其本质是光子与导体中的自由电子相互作用而被表面俘SP调制的NA2VCSEL是在普通850nm波长获的光波.
6、在这种相互作用的过程中,自由电子与光VCSEL基础上制备得到的.具体的工艺步骤如下:首3中国科学院知识创新工程和国家高技术研究发展计划(863)(批准号:2002AA313060)资助的课题.•E2mail:jxgao@red.semi.ac.cn©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net5828物 理 学 报56卷先,在850nm波长VCSEL的出光腔面上用电
7、子回旋高到了013mW.这主要是由于光栅结构可以在金属[10,11]共振等离子体化学气相沉积法(ECRplasmonCVD)的表面激发SP,它实际上是光与金属导体内的淀积一层SiO2和SiNx增透膜.然后用磁控溅射法镀自由电子相互作用,使光的波矢发生改变,光波能量一层金属膜,材料为TiPAu.这里Ti的作用主要是提被束缚到金属表面传播而不再反射或透射.通过金高表面的粘附性,使金层不易剥落;Au的作用是阻属表面纳米结构的调制,使自由传播光耦合为SP挡住激光器出光腔面正常的输出光.最后在金属膜波,就能对这种沿表面
8、传播的光波进行控制,从而达上利用聚焦离子束(FIB)刻蚀技术刻蚀出一个亚波到近场增透的目的.另外,SP激发的条件依赖于周长尺寸的小孔和周围的光栅.图1为微小孔器件出期性结构的参数,如光栅的周期和深度等.光腔面的扫描电子显微镜(SEM)形貌图,其中小孔直径200nm,周围光栅的周期400nm.整个刻蚀过程分两步完成,第一步先刻蚀周围的周期性环状结构,通过对刻蚀时间和束流大小的控制,可以大致调整刻蚀的深
