我們(men) 演示了寬可調諧微機電係統（MEMS）垂直腔麵發射激光器（VCSEL）的直接調製。波長調諧是通過電熱驅動基於(yu) SiOx/SiNy的MEMS分布式布拉格反射器（DBR）實現的。采用表麵微加工的方法，在低溫等離子體(ti) 增強的半VCSEL化學氣相沉積室中沉積DBR。實現了超過60nm的無模跳連續調諧，中心波長為(wei) 1554nm。Max 3dB小信號調製響應（S21）帶寬為(wei) 7.05GHz。在10Gb/s的調諧範圍內(nei) ，展示了背對背鏈路的準無誤差操作，創紀錄的47nm調諧範圍，顯示了MEMS可調諧VCSEL作為(wei) 接入網絡和互連中具有成本效益的光源的兼容性。
寬可調諧1550納米MEMSvcsel的10gb/s直接調製（2）-Mems容器結構與(yu) 加工
1.半VCSEL結構
BCB MEMS可調諧VCSEL的示意圖如圖1所示。它主要由兩(liang) 部分組成：半VCSEL和MEMS DBR。半VCSEL主要由一個(ge) 基於(yu) AlInGaAs的有源區、兩(liang) 個(ge) InP熱和電流擴散層、一個(ge) 埋地隧道結（BTJ）和一個(ge) 固定底部DBR反射鏡組成。由兩(liang) 個(ge) 重摻雜p-AlGaInAs和n-GaInAs層組成的圓形BTJ限製了結構中心的電流，以保證有源區域具有足夠高的電流密度。為(wei) 了實現高斯基模的高放大，增益曲線和光模之間的重疊必須是z佳的。
這隻能在束腰符合BTJ半徑的情況下實現。
因此，由於(yu) 其不同的橫向強度分布，高階模式與(yu) 增益曲線的重疊較小。這導致較低的側(ce) 模放大，從(cong) 而導致較高的側(ce) 模抑製比（SMSR）。MEMS的BTJ直徑和相應的曲率半徑（RoC）的適當組合，即使與(yu) 標準的不可調諧VCSELs相比，孔徑尺寸更大，也可以保證基本的橫向模式發射。底部DBR由3.5對氟化物和硫化物相間的介電層組成，折射率對比度為(wei) Δn≈1。半VCSEL經過處理並嵌入鍍金基板中。金和上述介質DBR的組合使整個(ge) 調諧範圍內(nei) 的反射率幾乎達到100%。
圖1 MEMS-VCSEL的示意圖。采用表麵微加工的方法，在BCB半VCSEL上沉積了11.5對SiNx/SiOy對組成的MEMS-DBR。微機電係統可以通過電熱驅動來調節發射波長
為(wei) 了提高高速運行，必須降低器件的寄生電阻和電容。
由於(yu) 隧道結結構，大部分低導電性的半導體(ti) p材料被高導電性的n材料所取代，半vVCSEL的歐姆電阻相對較低。為(wei) 了降低寄生電容，平台周圍的半導體(ti) 被低k聚合物BCB取代。Al-GaInAs/InGaAs量子阱設計用於(yu) 高壓縮應變操作，以獲得更高的差分增益。半VCSEL的光腔長度非常短，這也確保了更高的差分增益和弛豫共振頻率，這兩(liang) 者對於(yu) 實現更高的調製帶寬至關(guan) 重要。另一方麵，為(wei) 了獲得更大的FSR，需要較短的腔長，FSR被定義(yi) 為(wei) 兩(liang) 個(ge) 相鄰縱向模式之間的光譜分離。對於(yu) 設計合理的MEMS VCSEL，FSR是無模跳連續調諧的極限。
2.MEMS設計與(yu) 加工
由於(yu) VCSELs的短腔固有低增益和在有源區域內(nei) 適度的約束因子，因此必須在整個(ge) 調諧範圍內(nei) 提供足夠高的反射率，以實現低閾值電流和高輸出功率。MEMS DBR由11.5層對的介電材料SiNx/SiOy組成，采用電感耦合等離子體(ti) （ICP）在低溫（<100℃）PECVD中沉積。該MEMS反射鏡的折射率在SiNx和SiOy之間的差值為(wei) 0.5，在1550nm中心波長周圍的120nm波長範圍內(nei) 的反射率為(wei) >99.5%。每層的光學厚度為(wei) λ0/4（中心波長λ0=1550nm）。由於(yu) DBR提供了寬阻帶，因此強烈鼓勵選擇介電材料。值得一提的是，MEMS的熱膨脹對反射率阻帶的影響可以忽略不計。
圖2 低溫PECVD沉積表麵微機械MEMSDBR的工藝流程
製造步驟在圖2中簡要說明。首先沉積一層λ0/4厚、折射率n=1.7的介質增透塗層（ARC）。
對於(yu) 沒有電弧的MEMS VCSEL，隨著氣隙的增加，反射相移發生得更快，因此，與(yu) 帶有電弧的MEMS VCSEL相比，FSR更小。由於(yu) FSR是連續調諧的zui終限製因素，因此，對於(yu) 需要非常寬的調諧範圍的国产成人在线观看免费网站來說，實現ARC是可取的。為(wei) 了實現柔性MEMS，DBR層沉積在鎳（Ni）犧牲層上。介電層的上半部分和下半部分分別具有壓應力和拉應力。通過改變沉積參數，如壓力、溫度、ICP功率、射頻功率和PECVD腔內(nei) 氣體(ti) 的質量流量，可以精確地控製應力。對於(yu) 微機電係統的電熱驅動，Au/Cr電極是熱蒸發的。
VCSEL光通過Au/Cr電極中心的圓形開口（由光刻和濕化學蝕刻構造）耦合出來。
MEMS DBR的特征幾何形狀（懸掛在四個(ge) 柔性梁上的圓形圓盤）使用Ni蝕刻掩膜層進行幹蝕刻。在這種情況下，Ni犧牲層作為(wei) 蝕刻停止層工作。幹蝕刻DBR後，使用標準的Ni蝕刻劑同時濕蝕刻Ni蝕刻掩膜和Ni犧牲層。
由於(yu) 介電層內(nei) 的應力梯度，DBR在釋放後立即凹陷彎曲。頂部DBR和初始氣隙的RoC由介質層的幾何形狀和應力梯度決(jue) 定。zui後，該裝置在臨(lin) 界點幹燥器中幹燥，以確保鏡像膜不會(hui) 因毛細力而粘附在半VCSEL表麵。完整製造的MEMSVCSEL的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像如圖3所示。
圖3 完全製造的MEMS VCSEL的SEM圖像。單個(ge) 器件的占地麵積為(wei) 420×420μm2
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