指導教授：毛明華臺灣大學：電子工程學研究所李易LEE, IILEE2014-11-302018-07-102014-11-302018-07-102013http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/263847本實驗室過去已成功做出直徑6.5微米五層InGaAs量子點主動層的電注入式微碟雷射，並可在室溫下以脈衝模式操作，其閾值電流為0.45mA、特徵溫度為107K。在此篇論文中，我們展示了同樣主動層改變金屬的厚度與柱子向內蝕刻深度的元件，其室溫下閾值電流為0.18mA，特徵溫度則是216K，Q值約為3400。另外，我們也首次嘗試了連續操作，最高溫可到220K，閾值電流為1.8mA。我們分別討論了金屬厚度對微碟雷射操作上的影響，以及實驗數據的驗證。 另外，我們也嘗試改變主動層結構，採用的是三層InAs量子點主動層，其主動層內量子點層間距較大，從10nm增加到35nm。我們分別討論了層間距以及層數減少對載子生命期乃至於閾值電流的影響。而此微碟雷射在主動碟直徑7.8微米時，元件最高可操作至260K，閾值電流為0.48mA，特徵溫度則為195K。Our laboratory has successfully fabricated current-injection microdisk lasers using five-layer InGaAs quantum dots as active medium. They can be operated at 300K in pulsed mode. The threshold current of a 6.5 um diameter microdisk laser is 0.45mA, and the characteristic temperature is 107K. In this thesis, we fabricated microdisk lasers using the same active material but with increased thickness of p-side metal. The threshold current can be further reduced to 0.18mA at 300K, and the characteristic temperature rose to 216K. Quality factor is about 3400. In addition, continuous mode operation was first used and the highest temperature where lasing could still be achieved is 220K with threshold current of 1.8mA. The effect of p-side metal thickness on characteristics of microdisk lasers will be discussed. Furthermore, we also fabricated microdisk lasers using different active layer. We use three-layer InAs quantum dots as active medium. The thickness of spacer between quantum dot layers is increased from 10nm to 35nm. We also discussed the influence of spacer thickness and number of stacks on carrier lifetime and threshold current. The highest temperature of a 7.8 um microdisk laser from which lasing could still be achieved is 260K with threshold current of 0.48mA, and the characteristic temperature is about 195K.誌謝 i 中文摘要 iv ABSTRACT v 目錄 vi 圖目錄 ix 表目錄 xiii 第 1 章 序論 1 1.1 半導體雷射簡介 1 1.2 半導體雷射理論 2 1.2.1 增益介質及幫浦 3 1.2.2 共振腔 4 1.3 研究動機 5 1.4 論文簡介 6 第 2 章 元件理論介紹 7 2.1 微碟型共振腔之光場推導 7 2.1.1 迴音廊模態(Whispering Gallery Modes)之推導 8 2.1.2 光場分佈圖 11 2.1.3 品質因子(quality factor, Q) 12 2.1.4 模態體積(mode volume, V) 14 2.1.5 普色效應(Purcell effect) 14 2.2 量子井、量子線、量子點 15 第 3 章 元件製程 19 3.1 樣品磊晶層結構 19 3.2 電注入樣品結構設計 20 3.3 電注入樣品製作步驟 21 3.3.1 薄膜沉積(PECVD) 21 3.3.2 電子束微影(E-Beam Lithography) 21 3.3.3 乾式蝕刻(RIE) 22 3.3.4 濕式蝕刻(一)(HBr Etching) 23 3.3.5 濕式蝕刻(二)(HF Etching) 24 3.3.6 平坦化(Planarization) 25 3.3.7 掀離光阻(LOR)和第二道曝光(2nd Photolithography) 26 3.3.8 鍍P-type 金屬 Ti/Pt/Au 27 3.3.9 掀離(lift off) 27 3.3.10 磨薄(grinding) 28 3.3.11 鍍N-type 金屬 AuGeNi/Au 29 3.3.12 快速熱退火(rapid thermal annealing, RTA) 29 3.4 I-V特性 30 第 4 章 實驗量測結果與分析討論 31 4.1 電注入量測架構 31 4.2 五層量子點樣品(DO1128)之量測 32 4.2.1 光激螢光(PL)量測 32 4.2.2 雷射之L-I量測 33 4.3 三層量子點樣品(DO3525)之量測 47 4.3.1 光激螢光(PL)量測(此部分為鄭智怡同學完成) 47 4.3.2 動態量測(此部分為鄭智怡同學完成) 48 4.3.3 雷射之L-I量測 48 4.4 綜合分析與討論 52 4.4.1 最高操作溫度 53 4.4.2 最高溫下閾值電流 54 4.4.3 特徵溫度(T0) 60 4.4.4 模態紅移 60 第 5 章 結論與未來方向 62 5.1 論文回顧 62 5.2 未來工作 62 參考文獻 642576314 bytesapplication/pdf論文公開時間：2017/01/27論文使用權限：同意有償授權(權利金給回饋學校)量子點微碟型雷射電注入thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/263847/1/ntu-102-R00943064-1.pdf