Pintahila-DFB -laserdiodin edistykselliset valmistusmenetelmät
Viljanen, Milla-Riina (2010)
2010
Teknis-luonnontieteellinen koulutusohjelma
Luonnontieteiden ja ympäristötekniikan tiedekunta
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2010-11-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201011081354
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201011081354
Tiivistelmä
Nykyään lasereita käytetään mm. kotona DVD-soittimissa, teollisuudessa hitsaamiseen ja lääketieteessä silmäkirurgiaan. Viime aikoina myös yhdellä aallonpituudella toimivien eli yksimuotoisten laserien käyttö on yleistynyt erittäin nopeasti esimerkiksi spektroskopiassa ja tietoliikenteessä.
Paljon käytetty yksimuotoinen laserrakenne on hajautettuun takaisinkytkentään perustuva laser (DFB-laser), jonka toiminta perustuu hilaan. Hilasta aiheutuu heijastus, joka vahvistaa yhtä aallonpituutta ja heikentää toisia. Uusi keino valmistaa DFB-lasereita on kuvioida hila puolijohdesubstraatille nanopainolitografialla (NIL). NIL-tekniikan toimintaperiaatteena on painaa leimasin resistillä päällystetylle näytteelle ja kovettaa resisti leimasimen muotoja mukaillen. Leimasimet valmistetaan kopioimalla kuvio aihiosta, joka on valmistettu toisella litografiatekniikalla. Ongelmana leimasimen valmistuksessa on leimasinmateriaalin kovettaminen lämmöllä. Tämä aiheuttaa lämpölaajenemista, joka taas aiheuttaa leimasimen paikkatarkkuuden huononemista aihioon verrattaessa.
Tämän työn tarkoituksena oli tutkia eri menetelmiä DFB-laserien prosessoinnin parantamiseksi. Työssä otettiin käyttöön uusia NIL-materiaaleja, optimoitiin etsausreseptejä sekä muodostettiin oksidikerros DFB-laseriin. Työssä mitattiin uuden tarttumista estävän pinnoitteen (Optool) kontaktikulmia sekä pintaenergia. Tuloksia verrattiin perinteiseen pinnoitteeseen (FDTS) ja todettiin Optoolin muodostavan paremman antiadheesiopinnoitteen. Samoin verrattiin uutta leimasinmateriaalia, OrmoStampia, vanhaan h-PDMS:ään ja huomattiin OrmoStampin olevan kestävämpi. Lisäksi materiaalin kovettaminen valolla pienentää lämpölaajenemisesta aiheutuvia ongelmia. Puolijohde-etsauksia optimoitiin InP:lle, GaSb:lle ja AlGaAsSb:lle. Työssä määritettiin InAlAs-kerroksen sivuttaissuuntainen märkäoksidointinopeus DFB-hilassa. Lopuksi esitellään oksidoitu GaAs-pohjainen DFB -laser. Aallonpituus lukkiutui hilaan ja sen toiminta oli dynaamisesti yksimuotoista tutkitulla lämpötilavälillä. Toiset ilman oksidointia valmistetut DFB-laserit vastaavalla hilalla eivät laseroineet virran leviämisen vuoksi. /Kir10
Paljon käytetty yksimuotoinen laserrakenne on hajautettuun takaisinkytkentään perustuva laser (DFB-laser), jonka toiminta perustuu hilaan. Hilasta aiheutuu heijastus, joka vahvistaa yhtä aallonpituutta ja heikentää toisia. Uusi keino valmistaa DFB-lasereita on kuvioida hila puolijohdesubstraatille nanopainolitografialla (NIL). NIL-tekniikan toimintaperiaatteena on painaa leimasin resistillä päällystetylle näytteelle ja kovettaa resisti leimasimen muotoja mukaillen. Leimasimet valmistetaan kopioimalla kuvio aihiosta, joka on valmistettu toisella litografiatekniikalla. Ongelmana leimasimen valmistuksessa on leimasinmateriaalin kovettaminen lämmöllä. Tämä aiheuttaa lämpölaajenemista, joka taas aiheuttaa leimasimen paikkatarkkuuden huononemista aihioon verrattaessa.
Tämän työn tarkoituksena oli tutkia eri menetelmiä DFB-laserien prosessoinnin parantamiseksi. Työssä otettiin käyttöön uusia NIL-materiaaleja, optimoitiin etsausreseptejä sekä muodostettiin oksidikerros DFB-laseriin. Työssä mitattiin uuden tarttumista estävän pinnoitteen (Optool) kontaktikulmia sekä pintaenergia. Tuloksia verrattiin perinteiseen pinnoitteeseen (FDTS) ja todettiin Optoolin muodostavan paremman antiadheesiopinnoitteen. Samoin verrattiin uutta leimasinmateriaalia, OrmoStampia, vanhaan h-PDMS:ään ja huomattiin OrmoStampin olevan kestävämpi. Lisäksi materiaalin kovettaminen valolla pienentää lämpölaajenemisesta aiheutuvia ongelmia. Puolijohde-etsauksia optimoitiin InP:lle, GaSb:lle ja AlGaAsSb:lle. Työssä määritettiin InAlAs-kerroksen sivuttaissuuntainen märkäoksidointinopeus DFB-hilassa. Lopuksi esitellään oksidoitu GaAs-pohjainen DFB -laser. Aallonpituus lukkiutui hilaan ja sen toiminta oli dynaamisesti yksimuotoista tutkitulla lämpötilavälillä. Toiset ilman oksidointia valmistetut DFB-laserit vastaavalla hilalla eivät laseroineet virran leviämisen vuoksi. /Kir10