國立中山大學學位論文典藏
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1 db/km ps/ km-nm 1.55µm 0.2dB/km 1.3µm 1.55µm 1.3µm [1] µm 1.3µm In x Ga 1-x As y P 1-y x y 1.1µm 1.65µm InGaAlAs [2,3] InGaAsP Lattice constant InP eV In 0.53 Ga 0.47 As 1.47eV In 0.52 Al 0.48 As [4] 9
2 InGaAsP InGaAlAs near field far field FP [5-7] 10
3 near field intensity distribution E y x far field distribution [1] f + ( θ ) = R( r ) g( θ ){ Ey( x) ( ikoxsin θ ) dx } exp 1.1 R( r) = k 0 exp i exp ( ik 0r) 2πr π g ( θ) Huygen s obliquity factor far field angle r propagation distance ( θ ) cosθ g = 1.3 neff + cosθ far field intensity distribution If = f ( θ ) 2 normalized far field intensity distribution è o 0 o If If ( θ ) ( 0) = f f ( θ ) ( 0) ( θ ) ( 0) 2 ( x) exp( dxik 0x θ ) Ey g sin 2 = g + E ( x) 2 y dx 2 (1.4) full width of half maximum FWHM [8,9] 11
4 Spot size converter laser SSC Laser [10-14] 12
5 1-1 [1] 13
6 1-2 [1] 14
7 1-3 [4] 1-4 [14] 15
8 1-5 [14] µm GaAs 1.3µm 1.55µm InP LP-MOVPE 1.55µm InGaAlAs/InP InGaAsP/InP 16
9 Spot size converter laser SSC laser µm 1.55µm InGaAsP InGaAlAs [15] InGaAlAs offsets E c / E g =0.75 InGaAsP offsets E c / E g =0.4 InGaAlAs 17
10 InGaAlAs Optical confinement factor InGaAlAs Mentalorganic chemical vapor deposition MOCVD InGaAlAs InP InGaAlAs As InGaAsP As P InGaAsP InGaAlAs InGaAlAs bonding regrowth [15-17] InGaAsP Active region Cladding layer Double heterostructure DH 18
11 Multi-quantum well Strain-compensation Auger recombination Strain Separate-confinement heterostructure SCH Cladding layer Guard layer 19
12 µm 4µm 2.5µm 1µm 2-3 InGaAlAs 2-1 W S W S W S near field far field S 0.1µm W W S=0µm 20
13 S=0µm S=0.1µm W 0.7µm S=0.1µm µm 17 o 32 o µm 19 o 31 o µm 14 o 31 o µm 16 o 27 o 2-3 S=0µm S=0.1µm 21
14 S=0µm W=0.7µm S=0.1µm W=0.7µm InGaAsP T=0µm W=0.7µm T=0.2µm W=0.7µm T=0.3µm W=0.7µm T InGaAlAs 22
15 2-1 InGaAlAs Layer Material Thickness Doping Wavelength Index 32 InGaAs 0.2µm P , GRIN P-Q 50nm P P-InP 1.2µm P(1e18) InAlAs 50nm P(1e18) GRIN Al-Q 50nm P Guard layer ---- P S 26 GRIN Al-Q 50nm P In.524 Ga.056 Al.42 As ---- P W 24 In.524 Ga.056 Al.42 As 0.1µm I GRIN Al-Q 80nm I Barrier 7 9.3nm I Wells 6 8.4nm I GRIN Al-Q 80nm I In.524 Ga.056 Al.42 As 0.1µm I W 7 In.524 Ga.056 Al.42 As ---- N(1e18) GRIN Al-Q 50nm N Guard layer ---- N S 4 GRIN Al-Q 50nm N InAlAs 50nm N(1e18) GRIN Al-Q 10nm N InP (buffer) 0.5µm N(1e18) InP (100) ~350µm N Barrier In.4426 Ga.405 Al.1524 As Well In.73 Ga.18 Al.09 As Guard layer In.4426 Ga.405 Al.1524 As 23
16 2-2 InGaAsP Layer Material Thickness Doping Wavelength 29 InGaAs 0.2µm P GRIN P-Q 50nm P ~ InP 0.6µm P Guard layer 1 0.2µm P Guard layer P 1.1 T 24 InP ---- P 1.05 W 23 InP 0.1µm I SCH µm I SCH µm I 1.25 Barrier µm I 1.25 Wells µm I SCH2 0.05µm I SCH1 0.04µm I InP 0.1µm I 1.05 W 4 InP ---- N Guard layer N 1.1 T 2 Guard layer 1 0.2µm N InP (buffer) 0.6µm N 0 InP (100) ~350µm N + Barrier In.75 Ga.25 As.55 P.45 Well In.58 Ga.42 As.90 P.10 Guard layer 1 In.85 Ga.15 As.33 P.67 Guard layer 2 In.75 Ga.25 As.55 P.45 SCH 1 In.85 Ga.15 As.33 P.67 SCH 2 In.75 Ga.25 As.55 P.45 24
17 W W Substrate S S 2-1 InGaAlAs W W Substrate T T 2-2 InGaAsP 25
18 2.5 µm 2.5 µm 200 µm 250 µm 50 µm 300 µm 150 µm 50 µm 1µm 4µm 2-3 1
19 θ (degree) θ θ W (µm) 2-4 S=0µm InGaAlAs µm 2.5-4µm W θ θ θ (degree) W (µm) 2-5 S=0.1µm InGaAlAs µm 2.5-4µm W 2
20 θ (degree) θ θ W (µm) 2-6 S=0µm InGaAlAs µm 2.5-4µm W θ (degree) θ θ W (µm) 2-7 S=0.1µm InGaAlAs µm 2.5-4µm W 3
21 θ (degree) θ θ W (µm) 2-8 S=0µm InGaAlAs µm 2.5-1µm W θ (degree) θ θ W (µm) 2-9 S=0.1µm InGaAlAs µm 2.5-1µm W 4
22 θ (degree) θ θ W (µm) 2-10 S=0µm InGaAlAs µm 2.5-1µm W θ (degree) θ θ W (µm) 2-11 S=0.1µm InGaAlAs µm 2.5-1µm W 5
23 2-3 InGaAlAs µm 2.5-4µm S=0µm W=0.7µm µm 2.5-4µm µm 2.5-1µm µm 2.5-1µm 18 o 19 o 17 o 17 o 26 o 27 o 26 o 26 o µm 2.5-4µm S=0.1µm W=0.7µm µm 2.5-4µm µm 2.5-1µm µm 2.5-1µm 17 o 14 o 19 o 16 o 32 o 31 o 31 o 27 o 3-1 Board-area laser 6
24 1 3-1 a b 1. Spinner 2. HMDS 4500rpm AZ5214E 4500 rpm C c 1. Alignment Shipley µm 14 7
25 p 1. HCl H 2 O Ti 500 / Pt 750 / Au 4000 RTA 8
26 3-1 d µm 3-1 e f InGaAs InP 1. InGaAs H 2 SO 4 H 2 O 2 H 2 O InP 2. InP HCl H 3 PO InP InGaAs g 350µm 100µm 1. 3µm 100µm 9
27 n 3-1 h 1. HCl H 2 O Ti 500 / Pt 750 / Au Rapid thermal annealing RTA 425 C
28 (a) (b) 100 µm (c) (d)
29 (e) (f) (g) (h)
30 ( weakly index-guided ) ( strongly index-guided ) (1) 3-2(a) (2) 3-2(b) (SiO 2 ) Plasma enhancement chemical vapor deposition PECVD 250 SiH 4 N 2 O
31 (3) 3-2(c) 4500rpm 40 (4) 3-2(d) 10 (trench) (5) 3-2(e) Reaction ion etching RIE CF 4 (6) 3-2(f) (7) 3-2(g) Reaction ion etching RIE (CH 4 ) (H 2 ) (Ar) (8) 3-2(h) =
32 (a) (b) 250 o C 2 PR (c) 10µm (d) 3-2 (a) (b) (c) (d) 15
33 (e) (f) (g) (h) 3-2 (e) (f) (g) (h) 16
34 3-2-2 p 1µm 4µm p (self-alignment) (1) 3-3(a) (2) 3-3(b) (3) (4) 3-3(c) 17
35 (5) 3-3(d) 10µm (6) 3-3(e) (7) 3-3(f) (trench) (mask) (8) 3-3(g) p (9) 3-3(h) 18
36 250 o C (a) SiO o C SiO 2 PR (b) PR (c) 10µm (d) 3-3 (a) (b) (c) (d) 19
37 (e) (f) (g) SiO 2 (h) 3-3 (e) (f) (g) (h) 20
38 3-2-3 p (1) (2) p (3) (InGaAs) = (4) p / / (Ti/Pt/Au 500 /750 /4000 ) (Rapid thermal anneal RTA) (5) (lift-off) p (acetone) 21
39 3-2-4 Laser (1) (lamping) (polishing) 100µm (2) n / / (Ti/Pt/Au 500 /750 /4000 ) (3) (4) ( ) (5) (bar) (scriber) (cleaver) 4-1 InGaAlAs InGaAsP 22
40 100µm L-I curve I-V curve TE cooler 25 L-I curve I-V curve
41 4-2 InGaAlAs/InP InGaAlAs Photo-luminescence Cladding layer 1.55µm 4-5 Zn MOCVD 24
42 4-3 InGaAsP/InP InGaAlAs/InP InGaAsP/InP T=0µm T=0.2µm T=0.2µm T=0µm 1600mA T=0µm 1800mA T=0.2µm 100µm T=0µm µm 20mA 30mW 200mA 25
43 µm 2.5-1µm - 18 o 28 o µm 2.5-4µm 20 o 26 o 26
44 4-1 [4] 27
45 Current (A) µm 600 µm 900 µm 1200 µm Voltage (V) 4-2 InGaAlAs S=0µm Current (A) µm 600 µm 900 µm 1200 µm Voltage (V) 4-3 InGaAlAs S=0.1µm 28
46 Current (A) µm 300 µm 300 µm 300 µm Voltage (V) 4-4 InGaAlAs S=0.2µm 4-5 InGaAlAs PL 29
47 40 35 Power(mW) Current(mA) 4-6 T=0µm InGaAsP Power(mW) Current(mA) 4-7 T=0.2µm InGaAsP 30
48 Power(mW) Current(mA) 4-8 T=0µm InGaAsP µm 2.5-1µm Power(mW) Current(mA) 4-9 T=0µm InGaAsP µm 2.5-4µm 31
49 Power(mW) Current(mA) 4-10 T=0.2µm InGaAsP µm 2.5-1µm power(mw) Current(mA) 4-11 T=0.2µm InGaAsP µm 2.5-4µm 32
50 Power (mw) Current (ma) 4-12 T=0.3µm InGaAsP µm 2.5-1µm Power (mw) Current (ma) 4-13 T=0.3µm InGaAsP µm 2.5-4µm 33
51 1.2 intensity (normalized) θ θ 18 o 28 o θ (degree) 4-14 T=0µm InGaAsP µm 2.5-1µm 1.2 intensity (normalized) θ θ 20 o 26 o θ (degree) 4-15 T=0µm InGaAsP µm 2.5-4µm 34
52 InGaAlAs InGaAsP InGaAlAs 16 o 27 o InGaAsP 18 o 26 o 30 o 40 o W T=0µm 2.5-1µm µm 23mA 18 o 28 o T=0µm 2.5-4µm µm 22mA 20 o 26 o T=0.2µm 2.5-1µm 35
53 µm 178mA T=0.2µm 2.5-4µm µm 182mA T=0.3µm 2.5-1µm µm 60mA T=0.3µm 2.5-4µm µm 162mA [1] Govind P. Agrawal, Niloy K. Dutta, Semiconductor Lasers, Van Nostrand Reinhold, [2] A. Kasukawa, R. Bhat, C. E. Zah, M. A. Koza, and T. P. Lee, Very low threshold current density 1.5µm GaInAs/AlGaInAs graded-index separate-confinement-heterostructure strained quantum well laser diode grown by MOCVD, Appl. Phys. Lett., vol. 59, pp , [3] M. L. Xu, G. L. Tan, J. M. Xu, M. Irikawa, H. Shimizu, T. Fukushima, Y. Hirayama, and R. S. Mand, Ultra-high differential 36
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