Wavelength-scale lithographic vertical-cavity surface-emitting laser (LI-VCSEL)

Dikey-kovuklu yüzey-ışımalı lazerler (VCSEL), küçük boyutları, düşük güç tüketimleri, yüksek modülasyon hızları ve düşük maliyetleri nedeniyle optik veri iletişimi ve üç boyutlu algılama için ideal ışık kaynaklarıdır. Daha verimli ve modülasyon hızları yüksek cihazlara karşı sürekli artan talebi karşılamanın anahtarı, kovuk boyutunu dalga boyuna yakın veya daha küçük olacak şekilde ölçeklendirmektir. Mevcut son teknoloji olan ticari oksit-VCSEL teknolojisi, mikro ölçekli kovuk çapları (> 3 µm) için çok başarılı olmuştur, ancak üretim yöntemi daha fazla küçültmek için uygun değildir. Oksit-VCSEL'lerin performansında iyileşme, daha küçük oksit açıklık çapları ile sağlanabilir. Bununla birlikte, oksit tabakasının neden olduğu yüksek termal direnç, özellikle daha küçük boyutlar için cihaz performansını önemli ölçüde düşürür ve bu yöntemi küçültme için güvenilmez hale getirir. Bu çalışmada, enine fotonik ve elektriksel sınırlamanın epitaksiyel büyüme ve litografi ile etkinleştirilebildiği litografik olarak tanımlanmış VCSEL (Li-VCSEL) yöntemini tanıttık ve araştırdık. Enine optik hapsetme, indeks kılavuzluğuyla hapsetmeyi sağlayan kovuk-içi faz-kaydırmalı bir mesa eklenerek elde edildi. Nümerik simülasyon sonuçları, mikron altı boyutlar için bile yüksek kalite faktörleri göstermektedir. Bu boyutlarda tek ve yüksek yoğunluklu dizin lazerlerin gerçekleştirilmesi için ümit vericidir. Üretim aşamaları, alt yarı iletken ayna (DBR) ve kovuk epitaksiyal yapısının büyüttürülmesini, optik litografik süreçler kullanılarak faz-kaydırıcı mesanın tanımlanmasını ve ince film biriktirme teknikleri kullanılarak üst dielektrik aynanın (DBR) biriktirilmesini içerir. Sürekli dalga optik pompalama altında 0,75 ila 2,0 µm arasında değişen mesa çaplarındaki Li-VCSEL'lerden oda sıcaklığında 980 nm civarında lazer ışıması elde ettik ve detaylı karakterizasyonlarını sunduk. Sonuçlar, pratik optoelektronik uygulamalar için elektrikle pompalanan küçük boyutlu lazerlerin gerçekleştirilmesine yönelik önemli bir adım olmuştur.