In this study, the design and fabrication of a monolithic InP-based 1550-nm photonic-crystal surfaceemitting laser (PCSEL) is reported. The device is composed by an InGaAsP multi-quantum well (MQW) active layer and InP photonic crystal (PhC) formed by metal organic chemical vapour deposition (MOCVD). A theoretical study based mainly on the Fourier modal method using Stanford Stratified Structure Solver (S 4) and finite element analysis using COMSOL Multiphysics was carried out in order to optimize the emission at 1550 nm due to the two-dimensional band-edge resonance effect at the Γ point.The device design and modeling, materials testing (annealing and MOCVD regrowth), process optimization and the fabrication of light emitting diodes (LEDs) based on the same structure as the PCSELs (without the PhC) is reported. The fabricated devices show a low series resistance of 8.19 Ω and a turn-on voltage of 0.84 V. The average differential output power is 41 mW/A with an electroluminescent peak at 1511 nm. The full assembly of the final PCSEL devices is beyond the scope of the present thesis and corresponds to an ongoing project expected to be finalized within the coming year. However, detailed guidelines and fabrication instructions, including the manufacturing of an appropriate lithographic mask set, are provided. / Föreliggande examensarbete rapporterar designen och tillverkningsprocessen för en monolitisk InPbaserad 1550-nm så kallad Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser (PCSEL). Komponenten bestå r av en aktiv kvantbrunnsstruktur i InGaAsP och ett fotoniskt-kristall (PhC)-lager i InP, bägge odlade med hjälp av metalorganisk gasfasepitaxi (MOCVD). En teoretisk studie baserad på Fourier-modalmetoden med användning av Stanford Stratified Structure Solver (S4) och finit elementanalys-metoden med med hjälp av av COMSOL Multiphysics utfördes för att optimera emissionen vid 1550 nm genom en tvådimensionell bandkantsresonanseffekt vid Γ punkten.Rapporten går igenom komponentdesign och modellering, materialtestning (värmebehandling och MOCVDåterväxt), processoptimering och tillverkning av lysdioder (LED) baserade på samma struktur som PCSELkomponenterna (men utan PhC-strukturering). De tillverkade lysdioderna uppvisar en låg serieresistans på 8.19 Ω och en framspänning på 0.84 V. Den genomsnittliga differentiella utgångseffekten är 41 mW/A med en luminescenstopp vid 1511 nm. Den slutliga tillverkningen av färdiga PCSEL-enheter ligger utanför ramen för detta examensarbete och motsvarar istället ett pågående projekt som förväntas bli slutfört inom det kommande året. Däremot ges detaljerade riktlinjer och tillverkningsinstruktioner, för vilket ett fotolitografiskt mask-set även tagits fram.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-237456 |
| Date | January 2018 |
| Creators | Martins de Pina, João |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2018:582 |
Page generated in 0.0024 seconds