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Two-Step MOVPE, In-Situ Etching and Buried Implantation: Applications to the Realization of GaAs Laser Diodes = = Zweistufige MOVPE, in-situ Atzen und Vergrabene Ionenimplantation: Verwendungen zur Realisierung von GaAs-Laserdioden.

Record Type:	Electronic resources : Monograph/item
Title/Author:	Two-Step MOVPE, In-Situ Etching and Buried Implantation: Applications to the Realization of GaAs Laser Diodes =/
Reminder of title:	Zweistufige MOVPE, in-situ Atzen und Vergrabene Ionenimplantation: Verwendungen zur Realisierung von GaAs-Laserdioden.
Author:	Casa, Pietro Della .
Published:	Ann Arbor : ProQuest Dissertations & Theses, : 2021,
Description:	237 p.
Notes:	Source: Dissertations Abstracts International, Volume: 83-03, Section: B.
Contained By:	Dissertations Abstracts International83-03B.
Subject:	Silicon. -
Online resource:	http://pqdd.sinica.edu.tw/twdaoapp/servlet/advanced?query=28663396
ISBN:	9798522956073

Two-Step MOVPE, In-Situ Etching and Buried Implantation: Applications to the Realization of GaAs Laser Diodes = = Zweistufige MOVPE, in-situ Atzen und Vergrabene Ionenimplantation: Verwendungen zur Realisierung von GaAs-Laserdioden.
Casa, Pietro Della .

Two-Step MOVPE, In-Situ Etching and Buried Implantation: Applications to the Realization of GaAs Laser Diodes =Zweistufige MOVPE, in-situ Atzen und Vergrabene Ionenimplantation: Verwendungen zur Realisierung von GaAs-Laserdioden. - Ann Arbor : ProQuest Dissertations & Theses, 2021 - 237 p.

Source: Dissertations Abstracts International, Volume: 83-03, Section: B.

Thesis (Ph.D.)--Technische Universitaet Berlin (Germany), 2021.

This item must not be sold to any third party vendors.

This work concerns the use of two-steps epitaxial growth, realized with metalorganic vapor-phase epitaxy (MOVPE), combined with in-situ etching and buried ion implantation, for the realization of GaAs-based edge emitting laser diodes, emitting in the near infrared region around 1 µm wavelength. The fabricated devices fall into two categories: tunable lasers (milliwatt range, monomodal) and high-power lasers (watt range, multimodal).In the first case, the use of multi-step epitaxy is a requisite, and the task is that of making now this kind of process feasible with GaAs-based materials, similarly to what has been realized in the past with InP-based materials in the 1.3-1.5 µm wavelength range.In the second case, a multi-step epitaxy is only an option, which can be exploited to introduce additional elements-as buried electrical and optical confinement structures-in the devices.Common for both cases is the requirement that surface contamination - particularly that due to oxygen - is removed before regrowth. This is more challenging than in the case of InP/GaInAsP structures, because here the ternary AlGaAs is used as cladding and waveguide material, and aluminum forms very strong bonds with oxygen. In turn, oxygen forms deep levels inside the bandgap which are effective non-radiative recombination centers.Thus, in-situ etching with carbon tetrabromide (CBr4) is first studied. The utilization of the in-situ etching is discussed in relation to the reduction of residual surface contamination and enabling in-situ pattern transfer.These investigations pave the way to devices based on 2-step epitaxy, combined with in-situ etching. The successful fabrication of thermally-tuned SG-DBR lasers operating around 975 nm is first described: a tuning range of 21 nm is demonstrated.The possibility of using electronic injection for the tuning (which would allow a faster wavelength shift) is then explored, and the related issues discussed. It is suggested that fundamental material limitations confine the usable wavelength range to values lying near GaAs fundamental absorption edge at ≈ 870 nm. For wavelengths beyond 900 nm, the change in the refractive index that can be obtained in GaAs is too small, and there is no material option available which can be grown pseudomorphic to GaAs but with smaller bandgap.High-power broad-area lasers have also been realized, using a two-step epitaxy combined with ex-situ + in-situ etching, to create a buried, shallow "mesa" containing the active zone. This approach allows introducing lateral electrical and optical confinement, and-simultaneously - non-absorbing mirrors at the laser facets.This is reflected in performance and reliability improvements, but at the current state of development, the energy efficiency is still penalized by the two-step process with respect to a single epitaxy, because of additional non-radiative recombination paths. This is due to some extent to the additional etch-stop layers, needed for selective wet etching, that have to be added to the basic (and optimized) layer structure grown without intermediate patterning. Presently, the advantage of the lateral confinement appears to overcome the extra losses when the width of the lasers is below approximately 30 µm. Optimization of the heterostructure may further reduce the losses, making this strategy interesting even for larger devices.

ISBN: 9798522956073Subjects--Topical Terms:

669429
Silicon.

Two-Step MOVPE, In-Situ Etching and Buried Implantation: Applications to the Realization of GaAs Laser Diodes = = Zweistufige MOVPE, in-situ Atzen und Vergrabene Ionenimplantation: Verwendungen zur Realisierung von GaAs-Laserdioden.
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500 $a Source: Dissertations Abstracts International, Volume: 83-03, Section: B.
500 $a Advisor: Kneissl, Michael;Jetter, Michael;Weyers, Markus.
502 $a Thesis (Ph.D.)--Technische Universitaet Berlin (Germany), 2021.
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520 $a This work concerns the use of two-steps epitaxial growth, realized with metalorganic vapor-phase epitaxy (MOVPE), combined with in-situ etching and buried ion implantation, for the realization of GaAs-based edge emitting laser diodes, emitting in the near infrared region around 1 µm wavelength. The fabricated devices fall into two categories: tunable lasers (milliwatt range, monomodal) and high-power lasers (watt range, multimodal).In the first case, the use of multi-step epitaxy is a requisite, and the task is that of making now this kind of process feasible with GaAs-based materials, similarly to what has been realized in the past with InP-based materials in the 1.3-1.5 µm wavelength range.In the second case, a multi-step epitaxy is only an option, which can be exploited to introduce additional elements-as buried electrical and optical confinement structures-in the devices.Common for both cases is the requirement that surface contamination - particularly that due to oxygen - is removed before regrowth. This is more challenging than in the case of InP/GaInAsP structures, because here the ternary AlGaAs is used as cladding and waveguide material, and aluminum forms very strong bonds with oxygen. In turn, oxygen forms deep levels inside the bandgap which are effective non-radiative recombination centers.Thus, in-situ etching with carbon tetrabromide (CBr4) is first studied. The utilization of the in-situ etching is discussed in relation to the reduction of residual surface contamination and enabling in-situ pattern transfer.These investigations pave the way to devices based on 2-step epitaxy, combined with in-situ etching. The successful fabrication of thermally-tuned SG-DBR lasers operating around 975 nm is first described: a tuning range of 21 nm is demonstrated.The possibility of using electronic injection for the tuning (which would allow a faster wavelength shift) is then explored, and the related issues discussed. It is suggested that fundamental material limitations confine the usable wavelength range to values lying near GaAs fundamental absorption edge at ≈ 870 nm. For wavelengths beyond 900 nm, the change in the refractive index that can be obtained in GaAs is too small, and there is no material option available which can be grown pseudomorphic to GaAs but with smaller bandgap.High-power broad-area lasers have also been realized, using a two-step epitaxy combined with ex-situ + in-situ etching, to create a buried, shallow "mesa" containing the active zone. This approach allows introducing lateral electrical and optical confinement, and-simultaneously - non-absorbing mirrors at the laser facets.This is reflected in performance and reliability improvements, but at the current state of development, the energy efficiency is still penalized by the two-step process with respect to a single epitaxy, because of additional non-radiative recombination paths. This is due to some extent to the additional etch-stop layers, needed for selective wet etching, that have to be added to the basic (and optimized) layer structure grown without intermediate patterning. Presently, the advantage of the lateral confinement appears to overcome the extra losses when the width of the lasers is below approximately 30 µm. Optimization of the heterostructure may further reduce the losses, making this strategy interesting even for larger devices.
520 $a Diese Arbeit behandelt die Verwendung von zweistufigen Epitaxieprozessen, realisiert mit metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE), kombiniert mit in-situ-Atzen und vergrabener Ionenimplantation, fur die Realisierung von GaAs-basierten kantenemittierenden Laserdioden, die im nahen Infrarotbereich um ≈1 μm Wellenlange emittieren. Die hergestellten Bauelemente lassen sich in zwei Kategorien einteilen: abstimmbare Laser (Milliwatt-Bereich, monomodal) und Hochleistungslaser (Watt-Bereich, multimodal).Im ersten Fall ist der Einsatz von mehrstufiger-Epitaxie eine Voraussetzung fur die Realisierung der entsprechenden Bauelemente. Die Aufgabe besteht darin, solche Prozesse auch mit GaAs-basierten Materialien moglich zu machen, ahnlich wie sie bisher mit InP-basierten Materialien im Wellenlangenbereich von 1,3-1,5 μm realisiert werden.Im zweiten Fall ist eine mehrstufige Epitaxie nur eine Option, die genutzt werden kann, um zusatzliche Elemente-wie vergrabene elektrische und optische Einschlussstrukturen-in die Bauelemente einzubringen.Gemeinsam ist in beiden Fallen die Forderung, dass die Kontamination der Oberflache-insbesondere durch Sauerstoff-vor dem Wachstum entfernt werden muss. Dies ist anspruchsvoller als bei InP/GaInAsP-Strukturen, da hier das ternare AlGaAs als Material fur Wellenleiter- und Mantelschicht verwendet wird und Aluminium sehr starke Bindungen mit Sauerstoff bildet; Sauerstoff wiederum bildet im Halbleiter tiefe Storstellen innerhalb der Bandlucke, die effektive nicht-strahlende Rekombinationszentren sind.Deswegen wird zunachst das in-situ Atzen mit Tetrabromkohlenstoff (CBr4) untersucht. Der Einsatz des in-situ Atzens im Zusammenhang mit der Verringerung der Oberflachen Restkontamination und der Ermoglichung der in-situ Musterubertragung ist diskutiert.Die Untersuchungen zum in-situ Atzen ebnen den Weg zu Bauelementen, die auf 2-stufiger Epitaxie, kombiniert mit in-situ Atzen, basieren. Die erfolgreiche Herstellung von thermisch abgestimmten SG DBR Lasern mit einem Arbeitsbereich um 975 nm wird zunachst beschrieben: ein Abstimmbereich von 21 nm wird demonstriert.Anschliesend wird die Moglichkeit der Verwendung elektronischer Injektion fur die Abstimmung (was eine schnellere Wellenlangenverschiebung ermoglichen wurde) untersucht.Hochleistung-Breitstreifenlasern wurden ebenfalls realisiert, wobei eine zweistufige Epitaxie in Verbindung mit ex-situ + in-situ Atzen verwendet wurde, um eine vergrabene, flache «Mesa» zu erzeugen, die die aktive Zone umfasst. Dieser Ansatz ermoglicht die Einfuhrung eines lateralen elektrischen und optischen Einschlusses und gleichzeitig nicht-absorbierenden Spiegeln an den Laserfacetten.Dies spiegelt sich in Leistungs- und Zuverlassigkeitsverbesserungen wider, aber beim aktuellen Entwicklungsstand wird die Energieeffizienz immer noch durch das zweistufige Verfahren im Vergleich zu Wachstum in einem einzigen Schritt aufgrund zusatzlicher nichtstrahlender Rekombinationswege beeintrachtigt. Dies liegt zum Teil an den zusatzlichen Atzstopp-Schichten, die fur das selektive Nassatzverfahren benotigt werden, die zur (optimierten) ursprunglichen Schicht-Struktur ohne Zwischenprozessierung hinzugefugt werden mussen. Gegenwartig scheint der Vorteil des lateralen Einschlusses die zusatzlichen Verluste zu uberwiegen, wenn die Breite der Laser unterhalb von ca. 30 μm liegt; eine Optimierung der Heterostruktur kann die Verluste weiter verringern, was diese Strategie auch fur breitere Bauelemente interessant macht.Schlieslich wird eine andere Strategie zur Schaffung eines tiefen lateralen Stromeinschlusses in Breitstreifenlasern vorgestellt, die auf Ionenimplantation mit anschliesendem epitaktischem Uberwachsen basiert. Es werden zwei Varianten verglichen, die sich hinsichtlich der Position der Ionenimplantation in Bezug auf die aktive Zone unterscheiden: wahrend die Implantation in die Wellenleiterschicht Probleme im Zusammenhang mit erhohter nicht-strahlender Rekombination und optischer Verluste aufwirft, ermoglicht die Implantation in die p-Mantelschicht eine Verbesserung der Ausgangsleistung und die gleichzeitige Einfuhrung nicht-absorbierender Spiegel an den Facetten mit einer entsprechenden Erhohung der Zuverlassigkeit. Hier ist keine Vorwachstumsstrukturierung durch selektives Nassatzen erforderlich und es werden keine Atzstopp Schichten eingefugt, sodass die optimierten Schichtenfolgen genutzt werden konnen. Dieser Ansatz stellt somit einen einfachen Weg dar, die Leistungsfahigkeit von Hochleistungs-Breitstreifenlasern zu verbessern.
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