微小孔阵列垂直腔面发射激光器的研究

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1、敷与电字字进展Laser&OptoelectronicsProgress~2010中国激光杂志社doi：10．3788／lop47．051401微小孔阵列垂直腔面发射激光器的研究高建霞宋国峰2(河北理工大学信息学院，河北唐山063009；中国科学院半导体研究所纳米光电子实验室，北京100083)摘要在980nin波长的大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的基础上制备了高输出功率的微小孔阵列半导体激光器，其最大输出光功率达到了1mW。介绍了针对微小孔阵垂直腔面发射激光器的特殊制备工艺，并对其特性进行了分析。关键词激光器；近场光学；垂直腔面激光器；输出光功率；时域有限差分法中

2、图分类号TN248．4OCIS140．2010250．7260文献标识码AStudyofSubwavelengthHoleArrayVertica1．-CavitySurface--EmittingLaserGaoJianxiaSongGuofengfCollegeofInformationHebeiPolytechnicUniversity,Tangshan，Hebei063009，Ch／na1lNano—OptoelectronicsLaboratory，InstituteofSemiconductors，ChineseAcademyofSciences，Beijing

3、100083，China)AbstractSubwavelengthholearrayvertical-cavitysurface--emittinglaser(VCSEL)isfabricatedbasedonhighpower980nmVCSEL．Thefar-fieldoutputpowerreaches1mW．Thespecialfabricationprocessisintroducedandthecharacteristicofthedeviceisalsoanalyzed．Keywordslaser；near-fieldoptics；vertical,-cav

4、itysurface-emittinglaser；outputpower；finitedifferencetimedomain1引言1999年s．Shinada等Il】首次在垂直腔面发射激光器(VCSEL)基础上制备了微小孔垂直腔面发射激光器(NA．．VCSEL)。随后J．Hashizume等利用NA．VCSEL制成了高效近场光学探针以实现更高的分辨率。对于光学存储，应该达到的功率密度为10mW／l~m2，这个数字和目前所能得到的最大功率密度还有一定差距。随着表面等离子体亚波长光学研究的升温，人们提出了利用金属表面等离子体效应来提高器件的透射强度[3-5]。T．W．Ebbe

5、sen等发现在金属膜层上制作一系列亚波长量级的周期性孔阵后透射的光能量与总能量的比值大于孔径本身面积与入射光总面积的比值，也就是说并非只有射向孔径部分的光发生了透射，一部分本该被金属膜阻挡的光波也发生了透射，从而达到提高透射率的目的。K．Goto等充分利用VCSEL的特点，尤其是其优越的光学特性发展NA．VCSEL及其阵列作为近场光存储光源，实现了多光束并行读写以达到超高密度存储和超快速率数据传输的要求。本文针对微小孔垂直腔面发射激光器已经进行了较深入的研，，为了进一步提高微小孔器件的输出光功率，展开了对微小孔阵列半导体激光器的研究。介绍了在N面出光980ilia波长的大功

6、率垂直腔面发射激光器的基础上制备微小孔阵列垂直腔面发射激光器的制备工艺，并对其特性进行了分析研究。收稿日期：2009．12．21；收到修改稿日期：2010．01—13作者简介：高建霞(1979-)，女，博士，讲师，主要从事光学存储器件方面的研究。E—mail：gjx79@126．corn051401．1澈光与兴电子学进展www．opticsjouma1．net2器件制备与实验装置微小孔阵列垂直腔面发射激光器是在N面出光980nm波长的大功率垂直腔面发射激光器的基础上制造的，对其做了一些特殊的工艺处理。面发射激光器一般可以制作成顶部发射和底部发射。由于顶部发光的器件电流分布不

7、均匀、光场空间模式不好，而且在大功率工作时，散热比较困难，所以采用底部出光的980nm微小孔阵面发射激光器。微d,TL阵列vCSEL器件的具体制备工艺如下：1首先利用湿法氧化法制备得到N面出光980nmVCSEL。2)在N面利用磁控溅射法镀一层Ti(5nm)／Au(1O0nm)的金属膜。这里Tj的作用是提高表面的粘附性，使金层不易剥落；Au的作用是阻挡住激光器出光腔面正常的输出光，因为金在980am波长下具有很高的反射率，可以达到98％左右。31利用聚焦离子束(Fro)系统在出光窗口中心位置刻蚀出亚波长尺寸的+TL