（图示为用一个硬币与VCSEL作为尺寸标尺相比较。图片来源: John T. Leonard）

一个简单的，新型电子束多层沉积技术，用于创造腔内接触——垂直腔表面发射激光器（VCSEL）的氮化镓系（III族氮化物）的重要组成部分——不仅能产生有趣的光电特性，而且为别人进入这一研究领域铺平了路。新技术是由来一支自加州大学圣巴巴拉分校的研究人员们开发的。

正如该团队在AIP出版的《Applied Physics 》报道的那样，他们进行了一系列的模拟，来探索重要的性能参数，包括镜反射率、阈值电流密度，和在散射损耗的不同效率。

“在2012 - 2013年的时间内，我们证明了一个 VCSEL器件，但随后努力得到可重复的结果，”博士候选人John T. Leonard解释说，他与诺贝尔奖获得者Shuji Nakamura的研究小组一起工作，在加州大学圣巴巴拉分校的工程学院材料系的国家半导体照明和能源电子中心。

因此，团队决定追踪“我们设备中损失的各种潜在来源，”Leonard说。 “我们认为发展高度平滑的电子束沉积ITO腔内接触，是改善我们VCSEL性能和成品率的重要组成部分。”

团队工作的核心，是结合模拟基础物理——包括衍射（光接口的散射）、激光设计（以近似阈值电流，在此激光点亮），以及材料科学（设计和开发的多层ITO膜）。

“我们通过探索粗糙的ITO膜如何改变光在VCSEL器件中的高反射镜的散射过程来开始，”Leonard说。 “要做到这一点，我们使用了一种仿真技术，称为‘传输矩阵法’。但是，我们还包括用参数来解释界面处被散射的光，这在传输矩阵法和VCSEL分析中，一般会被忽视。”

在更好地了解了粗糙界面怎么变成镜反射后，研究团队转移到探讨这种变化如何可能会影响III族氮化物的VCSEL。 “具体地，我们分析了激射电流和激光器效率如何受到粗糙接口和/或粗糙的ITO内腔接触的影响，”Leonard说道。 “然后，我们寻找方法来实现高度光滑的ITO薄膜。”

该团队最初的希望是，可以简单地改变ITO膜沉积的温度或氧压力，以实现所需的光电和表面粗糙度特性。 “但是情况不是这样的，”Leonard说。 “我们最终开发的多层技术，先在低温下沉积很薄的ITO薄膜，紧接着是在高温下沉积厚的ITO膜——这给了我们极大的光电和表面粗糙度特性。”

该团队工作的关键意义在于，它为研究人员感兴趣的III族氮化物VCSEL提供了一个简单的方法，来开发高品质ITO腔内接触，这是这些类型的VCSEL的重要组成部分。

“虽然多层沉积技术已被应用于许多不同的材料系统和不同的生长/沉积材料方法，但它在电子束沉积上相对还是未经过开发的”Leonard说。 “我们的工作表明，利用多层膜的光电特性可以产生显著和意想不到的提高。”

虽然III族氮化物的VCSEL仍然被认为是处于起步阶段，他们显示了许多应用的巨大潜力，其需要高度定向光有高输出功率密度——包括平视显示器，汽车前灯，可见光数据传输和通信，又名“LIFI”，微型投影机，“他说。

表面粗糙度对于VCSEL性能的影响尤其显著，对于短波长III族氮化物VCSEL来说，Leonard指出：“因为当发射波长——紫、紫外线、蓝色和绿色——按折射率划分，在表面粗糙度也会有相同顺序，其使光散射/与VCSEL的表面粗糙度功能进行交互，以比红外或红色更加激烈的方式。”

该研究小组将继续做出“在我们的VCSEL上显著提高产量和效益，”他补充说。

新材料在线编译整理——翻译：Gary       校正：摩天轮