Optimierung der Prozesstechnologie und Steigerung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer von (InAlGa)N-basierten Halbleiterlaserdioden

Freier, Erik

• Verlag: Cuvillier Verlag
• Jahr: 2022
• eBook-ISBN:
  9783736966048
• ISBN drucken:
  9783736976047
• Auflage: 1

In der vorliegenden Arbeit werden Aspekte der Chipprozessierung untersucht, die die Zuverlässigkeit von (InAlGa)N-basierten Rippenwellenleiterlaserdioden beeinflussen. Als Ziel sollte die Lebensdauer von Laserdioden mit einer Emissionswellenlänge von 400 nm im Dauerstrichbetrieb gesteigert werden – bei zugleich hoher Ausbeute an Chips pro Wafer. Hierfür wurden zuerst einzelne Prozessschritte hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Ausbeute und die Zuverlässigkeit untersucht.Die Optimierungsschleifen wurden zunächst aus Effizienzgründen an technologisch weniger komplexen Breitstreifenlasern durchgeführt. Hierbei waren Optimierungen der Abdünntechnologie für GaN-Substrate sowie des Spaltprozesses, mit dem Laserfacetten erzeugt werden, entscheidend für eine höhere Ausbeute. Um die Lebensdauer zu erhöhen, wurde die p-Kontakttechnologie optimiert und ein effizienterer Aktivierungsprozess der p-Leitfähigkeit etabliert. Anschließend wurden mithilfe der weiterentwickelten Prozesstechnologie Rippenwellenleiterlaser hergestellt und Degradationsmechanismen systematisch analysiert. Dadurch konnten eine inhomogene p-Leitfähigkeit und Degradationseffekte der Laserfacetten als Hauptursachen für die beobachteten Alterungseffekte identifiziert werden. Die dabei ablaufenden Prozesse werden in der Arbeit beschrieben.Die vorgestellten Untersuchungen und Weiterentwicklungen erhöhen die Lebensdauer von Rippenwellenleiterlasern von wenigen auf mehrere 100 Stunden. Zugleich steigt die Ausbeute an dauerstrichfähigen Laserdioden pro Wafer deutlich an. Zusätzlich konnten weitere Optimierungspotenziale in der Epitaxie und Facettentechnologie aufgezeigt und Empfehlungen für zukünftige Entwicklungen gegeben werden.

Inhaltsverzeichnis

• Eigene Veröffentlichungen
• 1 Einleitung
• 2 Aufbau und Charakterisierungvon GaN-basierten Laserdioden
• 2.1 Verwendete Laser-Heterostruktur
• 2.3 Herstellung von indexgeführten Rippenwellenleiterlasern
• 2.4 Verwendete Methoden zur elektrischen und optischenCharakterisierung der Laserdioden
• 3 Zuverlässigkeitsrelevante Aspekteder Prozessierung von GaN-basierten Laserdioden
• 3.1 Ohm’sche Kontakte auf p-GaN
• 3.2 Dielektrische Isolatorschichten
• 3.3 Herstellung von GaN-Laserchips
• 4 Einfluss der Aktivierung der p-Leitfähigkeit aufdie Laserparameter und die Stabilität vonGaN-basierten Breitstreifenlasern
• 4.1 Einfluss der Aktivierung auf die Laserparameter
• 4.2 Stabilität der Flussspannung im cw-Betrieb
• 4.3 Zunahme der Laserschwelle während der Alterung
• 5 Alterungsphänomene bei RW-Lasern auf GaN-Basis
• 5.1 Charakterisierung der RW-Laser vor den Lebensdaueruntersuchungen
• 5.2 Gekoppelte Spannung-Lichtleistungsdegradation der RW-Laser
• 5.3 Spannungsunabhängige Ursachen für Leistungsschwankungenwährend der Alterung
• 6 Zusammenfassung und Ausblick
• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• Abkürzungsverzeichnis
• Literaturverzeichnis
• Danksagung