GaSb基VCSEL制备工艺研究

论文摘要

2-5μm中红外波段垂直腔表面发射激光器（VCSEL）具有功耗低、发散角小、无像散圆形光斑、高调制带宽、良好的波长稳定性、低制作成本、可实现超小型的高密度二维封装等优点,是分子光谱测量、生化检测、激光雷达及热成像等领域迫切需求的理想光源。例如在监测污染气体CO、CH4、NH3及HF的TDLAS（可调谐激光二极管吸收光谱测试）系统中,采用VCSEL作为光源将大大降低光束整形和耦合封装的复杂性及成本,减小系统的尺寸,而且其调制速率可以达到几十Gbit/s,被认为是将来替代分布反馈（DFB）激光器的最佳器件。由于GaSb材料可以覆盖整个中红外波段,是发展该波段VCSEL的最佳材料体系。亚波长光栅结构具有高折射率差和模式选择的作用,为了能实现基横模激射,利用高对比度亚波长光栅（HCG）取代传统DBR组成HCG-VCSEL。1.根据VCSEL的工作原理和HCG的结构特性,设计一种用于2μm波段GaSb基VCSEL的TM偏振亚波长光栅反射镜,研究光栅的周期、深度、占空比及低折射率亚层的厚度等结构参数对其反射特性的影响。并对集成HCG的GaSb基VCSEL的特性进行模拟,研究其谐振腔内驻波电场强度分布、及折射率分布和光场模式强度分布特性。2.基于集成HCG的GaSb基VCSEL器件结构特点,及集成工艺易造成HCG反射特性劣化的问题,结合亚波长光栅在VCSEL中应用机理,优化器件的制备过程,在此基础上完成工艺版图的设计。3.实验研究亚波长光栅反射镜的制备技术。采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法制备GaSb基底上高质量的SiO2薄膜,研究全息光刻、电子束曝光及ICP干法刻蚀技术,获得清晰完整的光栅图形,并通过扫描电子显微镜对其表面形貌进行表征。4.实验研究集成高对比度亚波长光栅的GaSb基VCSEL制备技术。重点研究GaSb材料的湿法刻蚀工艺,精确对准工艺和电极工艺。通过改变腐蚀液的成分及配比来优化刻蚀形貌和速率。研究了采用紫外光刻技术的精确对准工艺,及采用磁控溅射技术和反转工艺的电极制作工艺,结合HCG反射镜的制备技术完成器件的制备,对器件的激射光谱进行测试分析。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张昕

导师: 郝永芹

关键词: 垂直腔面发射激光器,亚波长光栅,湿法刻蚀

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 长春理工大学

分类号: TN248

总页数: 64

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标签：垂直腔面发射激光器论文;  亚波长光栅论文;  湿法刻蚀论文;