氮化鎵垂直共振腔面射型雷射之電流侷限研究

Study of Current Confinement in GaN-based Vertical-Cavity Surface Emitting Lasers

陳政宏(Cheng-Hung Chen)

指導教授 ： 郭浩中 ； 盧廷昌

國立交通大學/電機學院/光電工程系所/碩士(2010年)

https://doi.org/10.6842/NCTU.2010.00676

摘要

本篇論文旨在製作電激發氮化鎵垂直型共振腔雷射結構搭配混合式布拉格反射鏡中，透過減薄ITO透明導電層的厚度藉此降低光共振在此結構中的內部損耗，以及在量子井上成長氮化鋁做為電流阻擋層取代原來在p型氮化鎵上的氮化矽，並且量測其電性及光性作進一步的探討。
首先，我們利用模擬的方式計算出30nm的ITO透明導電層可以有效的降低內部損耗又可以有效的符合電激發元件所需的電流擴散層效果。此外，本結構也成功製作於電激發氮化鎵垂直型共振腔面射型雷射中。在室溫下，其雷射的臨界操作電流為9.7mA，起始電壓為4.3V，具有約180歐姆的低電阻。在不同的電流注入下，雷射的頻譜具有單一雷射波長為412nm，雷射半高寬為0.5nm。雷射行為也從自激發發光輻射轉變為受激發發光輻射。自激發光耦合因子及雷射發散角分別為5*10-3及8度左右。
為了更進一步能夠降低閥值電流並將注入電流作有效利用，我們使用了相較於氮化鎵高能隙的氮化鋁(6.2eV)成長在量子井上方，如此的設計可以使電流完全注入量子井內不會因為擴散而造成損失。另外，為了更進一步將共振腔的光學損耗降低，我們設計了環型的透明導電層取代原先的圓型透明導電層，讓共振光不被透明導電層所吸收。 透過量測共振腔中的Q值，原先以圓形透明導電層的共振腔Q值約為650而以環型透明導電之元件Q值提升至1100，與計算結果接近.
在本論文中，我們設計出了室溫電激發面射型雷射並且量測雷射現象，進一步為了提高雷射的效能我們提出將電流做更有效利用的新結構，並且也可提升共振腔的品質因子，這樣的設計對於降低閥值電流於電激發元件上是更有效的方法。

關鍵字

氮化鎵 ； 面射型雷射 ； 電流侷限

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並列關鍵字

GaN ； VCSEL ； current confinement

參考文獻

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