Herstellung und Charakterisierung von Gruppe III-Nitrid Laserdioden

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Charakterisierung von violett-emittierenden Rippenwellenleiterdiodenlasern auf der Basis der Gruppe III-Nitride. Aufgrund der mangelnden Verfügbarkeit von freitragendem GaN-Substrat in ausreichender Qualität trägt die Wahl des Fremdsubstrats für das defektarme Wachstum von (AlGaIn)N-Schichtstrukturen entscheidend zu Verbesserung der Laserkenndaten bei. In dieser Arbeit wurden die gleiche Laserschichtstruktur auf der Basis von drei Ga0,93In0,07N-Quantenfilmen mit GaN-Barrieren mittels MOCVD auf verschiedenen Substraten aufgewachsen. Neben Saphir-Substraten wurden sogenannte GaN-Quasisubstrate und ein freitragendes GaN-Substrat zur Herstellung der (AlGaIn)N-Laserschichtstruktur verwendet. Um die Auswirkungen der Defektreduktion durch die verschiedenen Substrate auf die Laserkenndaten zu betrachten, wurden Rippenwellenleiterlaserdioden mit geätzten Spiegelfacetten und lateralem Stromfluß hergestellt. Durch die Reduktion der Defektdichte um fast zwei Größenordnungen durch den Übergang von Saphir (2-109cm-2) auf sog. GaN ULD Templates (1-10E8cm-2) konnte die Einsatzspannung um 15% auf 11,0V gesenkt werden. Die Schwellenstromdichte konnte gleichzeitig von 215mA auf 150mA reduziert werden, was einer Verbesserung von 30% entspricht. <br>Um die für GaN-basierte Laserdioden benötigten hohen Stromdichten zu realisieren, wurde im zweiten Teil dieser Arbeit ein Herstellungsprozeß entwickelt, der die Realisierung von Rippenwellenleiterdiodenlasern mit einer minimalen Rippenbreite von 2µm ermöglichte. Die Verringerung der minimalen Rippenbreite von 4µm auf 2µm führte zu einer Verbesserung des Schwellenstromes von 500µm langen Laserdioden von 205mA auf 115mA. Durch eine schonendere Prozeßführung konnte die Betriebspannung der Laserdioden um 30% auf 13,1V verbessert werden. Diese Ergebnis läßt sich auf die Verbesserung der p- und n-Kontakt- und Schichtwiderstände zurückführen. Darüber hinaus konnten Laserdioden auf einem freistehendem GaN-Substrat hergestellt werden. Dazu wurde ein Prozeß zur Herstellung von Laserdioden mit gespaltenen Laserfacetten und rückseitigem n-Kontakt mit vertikalen Stromfluß entwickelt. Durch die vertikale Stromführung und die gespaltenen Facetten konnte die Schwellenstromdichte von 42 kA/cm² um 60% auf 24,5 kA/cm² reduziert werden. <br>Im dritten Teil wurde die Entstehung von lateralen Fernfeldern dieses Materialsystems simuliert und mit Messungen verglichen. <br>Durch die Verwendung von defektreduzierten Substraten, der Optimierung der Schichtstruktur und der Prozeßführung und der Möglichkeit, die Rippenbreite auf 2µm zu reduzieren, konnte der elektrische Schwellenstrom, der zu Beginn dieser Arbeit bei 290mA auf 120mA gesenkt werden. Die elektrische Verlustleistung sank dabei von 6,5W auf 1,4W.

Author dc:creator

• Vollrath, Frank

Contributors dc:contributor

• Wagner, Joachim

• InGaN
• Defektdichte
• Prozessierung, Quasisubstrate
• defect density
• processing, Quasisubstrates

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