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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃世傑
研究生(外文):Shih-Chieh Huang
論文名稱:820nm反饋式半導體雷射與單一砷化銦量子點之研究
論文名稱(外文):Study of 820nm Distributed Feedback Lasers and Single InAs Quantum Dots
指導教授:李建平李建平引用關係
指導教授(外文):Chien-Ping Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:電子工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:56
中文關鍵詞:單一量子點反饋式半導體雷射
外文關鍵詞:Single InAs Quantum Dots820nm DFB lasers
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由於光資訊儲存容量日漸增加,伴隨著光學讀取頭的雷射光波段也需愈短的波段來讀取。如傳統影音光碟與數位影音光碟,它們的儲存容量分別為單片單面680MBytes 和 4.7 Gbytes,光學讀取頭則為780nm和650nm波段。如今新一代的高畫質數位多功能光碟已開發出,其儲存容量可高達單片單面15Gbytes,但其讀取頭的波段需使用400-420nm。這在目前的研發技術及成本考量上是有困難的。因此我們在此提出另一種方式: 製造一個高功率的820nm反餽式半導體雷射然後利用二倍頻技術使射出的雷射光波段座落於400~420nm作為高畫質數位多功能光碟的光學讀取頭。在此論文的第一部分,我們成功地製作出在CW的操作模式下可達4nm調變波段以及邊模抑制比為25dB 的820nm反餽式半導體雷射。第二部分我們提出一種選擇性成長單一砷化銦量子點的方式,使成長的量子點能做落在預先設計好的平台上。利用此方法,我們可以輕易的製作出二維度的單一量子點矩陣。

As a result of optical storage capacity is getting larger , the wavelength of optical pickup head is getting shorter .For example :the capacity of Video Compact Disc (VCD) and Digital Video Disc(DVD) are 680MBytes/single side and 4.7GBytes/single side respectively. Their pickup head use 780nm and 650 nm wavelength laser diodes. Now new generation of High-Definition DVD (HD-DVD) is shown, whose capacity is getting up to 15 GBytes/single side and need 400-420 nm wavelength laser source to pickup. But there are some technological and cost problems in developing such shorter wavelength of laser diodes. So we want to fabricate a conventional and powerful 820nm Distributed Feedback (DFB) Laser and emits 400-420nm wavelength by second harmonic generation technique to be a pickup head of HD-DVD. In sectionⅠ, we have successfully fabricated a 820nm DFB laser with tunning range 4nm (CW operation), side mode suppression ratio (SMSR) 25dB .
In sectionⅡ,we develop a selective growth to form single quantum dots on predesigned mesas with added strain . Using this technique, we can grow two-dimensional single quantum dots arrays easily.

Section Ⅰ : 820nm 反饋式半導體雷射
第一章 前言 ……………………………………….. 1
第二章 研究動機 ……………………………………….. 2
圖2-1:820nm DFB雷射經倍頻後輸出波段為400~410nm ……. 2
第三章 基礎理論 ……………………………………….. 3
圖3-1a:傳統邊射型半導體雷射 …… 3
圖3-1b:半導體雷射能帶圖 …… 3
圖3-2:光在FP共振腔內傳播 …… 4
3-1 耦合係數 κ ……………………………………….. 6
3-2 光柵 ……………………………………….. 8
圖3-3:共振腔內縱向態模對應的增益頻譜及損失值 …… 4
第四章 調變機制 ……………………………………….. 11
圖4-1:兩端式電極DFB雷射 …… 12
圖4-2:三端式電極DFB雷射 …… 12
第五章 傳統DFB雷射製程 ……………………………………….. 13
圖5-1:利用MOCVD成長多層量子井
並利用全像術及ICP製作光柵 …… 14
圖5-2:放入MOCVD系統做再成長 …… 14
圖5-3:利用光學微影及濕式蝕刻製作脊狀波導 …… 15
圖5-4:先沈積元件間的絕緣層(Si3N4)
再利用E-gun蒸鍍製作歐姆電極 …… 15
第六章 量測與分析 ……………………………………… 16
圖6-1-1:樣品13-1的磊晶結構圖 …… 20 圖6-1-2:樣品13-1主動層區的量子井結構圖 …… 20
圖6-2:樣品13-1在T=33 K的PL圖 …… 21
圖6-3: DFB半導體雷射的光譜分析系統 …… 21
圖6-4: 樣品 13-1在Ia=40~65mA,Ib=0之頻譜圖 …… 22
圖6-5: 樣品 13-1在Ia=70~95mA,Ib=0之頻譜圖 …… 22
圖6-6: 樣品 13-1在Ia=100~130mA,Ib=0之頻譜圖 …… 23
圖6-7: 樣品 13-1增益電流Ia對波長之關係圖 …… 23
圖6-8: 樣品 13-1在Ia=96mA,Ib=0~30mA調變之頻譜圖 …… 24
圖6-9: 樣品 13-1在Ia=96mA,Ib=35~60mA調變之頻譜圖 …… 24
圖6-10: 樣品 13-1調變電流Ib對波長之關係圖 …… 25
圖6-11:樣品13-2的磊晶結構圖 …… 26
圖6-12:樣品13-2在T=300 K的PL圖 …… 27
圖6-13:樣品13-2在T=33 K的PL圖 …… 27
圖6-14: 樣品 13-2在Ia=35~65mA,Ib=0之頻譜圖 …… 28
圖6-15: 樣品 13-2在Ia=75~100mA,Ib=0之頻譜圖 …… 28
圖6-16: 樣品 13-2在Ia=105~135mA,Ib=0之頻譜圖 …… 29
圖6-17: 樣品 13-2光柵區的TEM圖 …… 30
圖6-18: 樣品 13-22光柵區的TEM圖 …… 31
圖6-19: 樣品 13-22在Ia=55mA,Ib=5~20mA調變之頻譜圖…… 32
圖6-20: 樣品 13-22在Ia=55mA,Ib=25~50mA調變之頻譜圖 … 32
圖6-21: 樣品 13-22調變電流Ib對波長之關係圖 …… 33
圖6-22: 樣品 13-1共振腔長為1200μm的L-I特徵曲線 …… 34
圖6-23: 樣品 13-1共振腔長為1000μm的L-I特徵曲線 …… 34
第七章 討論 ……………………………………… 35
附錄一 ……………………………………… 36
參考文獻 ……………………………………… 37
Section Ⅱ : 單一砷化銦量子點的製作
第一章 簡介 ……………………………………… 38
第二章 量子點的成長機制 ……………………………………… 39
圖2.2:量子點的成長機制 …… 42
第三章 量測與分析 ……………………………………… 44
3-1 電子束微影和原子力顯微鏡 ……………………………………… 44
3-2 實驗製作 ……………………………………… 46
圖3.1:電子束微影系統 …… 48
圖3.2:原子力顯微鏡系統簡意圖 …… 49
圖3.3:非接觸式AFM操作原理 …… 50
圖3.4:選擇性單一量子點成長的製作流程圖 …… 51
圖3.5: 200nm X 200 nm 矩型平台 …… 52
圖3.6:量子點的原子力顯微影像 …… 53
圖3.7: 矩行平台及量子點的表面輪廓 …… 53
圖3.8: TEM照片顯示出量子點在單一平台的壓力分佈情形 …… 54
第四章 討論 ……………………………………… 55
參考文獻 ……………………………………… 56

Section Ⅰ :
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12.V. Jayaraman, A. Mathur, L.A. Coldren ,and P. D. Dapkus IEEE Photonics Technol. Lett. 5, 489(1993)
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14.T.Ishikawa , S.Kohmoto , and K.Asakawa , Appl.Phys.Lett. 73 ,1712(1998)
15.S.Kohmoto , H.Nakamura , T.Ishikawa,and K.Asakawa,Appl.Phys.Lett. 75,3488(1999).
16.C.K. Hyon et al. Appl.Phys.Lett. 77,2607(2000)
17.H.Lee,J.A.Johnson,J.S.Speck,and P.M.Petroff,J.Vac.Sci.Technol.B 18,2193(2000)
18.M. Kitamura , M. Nishioka ,J. Oshinowo ,and Y. Arakawa Appl.Phys.Lett. 66 ,3663(1995)

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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