การศึกษาท่อนำคลื่นแสงแบบชันแนลซับสเตรตพลานาร์สำหรับการประยุกต์ใช้ในงานเลเซอร์ไดโอด

Abstract

วิทยานิพนธ์ได้มีการวิเคราะห์เพื่อศึกษาผลของตัวแปรต่างๆ ของเลเซอร์ไดโอด โครงสร้าง Channel Substrate Planar (CSP) จากวัสดุ AlGaAs ที่มีเปล่งแสงในย่าน 0.78 ไมครอน โดยคุณสมบัติทางแสงถูกวิเคราะห์ด้วยวิธีการประมาณค่าดัชนีหักเห (Effective Index Approximation) ซึ่งตัวแปรเหล่านั้น ได้แก่ ค่าความกว้างและความลึกของร่องส่วนกลางในโครงสร้าง ค่าความหนาของชั้นเปลือกด้านล่าง (Lower Cladding Layer) ในส่วนปีกของโครงสร้าง จากผลการวิเคราะห์พบว่าค่าความกว้างของส่วนร่องนั้นมีค่าสูงสุด 5 ไมครอน ค่าความลึกของร่องน้อยที่สุด 0.4 ไมครอน และค่าความหนาของชั้นเปลือกด้านล่างมีค่าอยู่ในช่วง 0.1-0.3 ไมครอนซึ่งจะให้คุณสมบัติทางแสงเป็นโหมดเดี่ยว (TE00) นอกจากนี้ยังศึกษาเพื่อหาเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับวิธีการปลูกผลึกอิพิแทกซีจากสถานะของเหลว (LPE) บนผลึกฐาน โดยชั้นเปลือกส่วนล่างนี้เป็นชั้นผลึกของ Ga0.55Al0.45As ที่ปลูกจากสารละลายอิ่มตัวที่อุณหภูมิ 800 ํC ซึ่งการปลูกผลึกเริ่มต้นที่อุณหภูมิที่ 798 ํC และอัตราการลดลงของอุณหภูมิ 0.2 ํC/นาที และเวลาที่ใช้ในการปลูกในช่วง 50-60 วินาที เพื่อให้ได้ผลึกของชั้นเปลือกด้านล่างที่มีความเรียบสม่ำเสมอทั้งส่วนร่องและส่วนปีก โดยที่ค่าความหนาของชั้นปีกและส่วนร่องอยู่ในขอบเขตที่ได้วิเคราะห์ไว้ สุดท้ายของการทดลองนี้ได้นำผลที่ได้ไปประยุกต์ใช้ในการสร้างเลเซอร์ไดโอด โครงสร้าง Channel Substarte Planar (CSP) จากวัสดุ AlGaAs ที่มีเปล่งแสงในย่าน 0.78 ไมครอน โดยมีโครงสร้างพื้นฐานของเลเซอร์ไดโอดเป็นแบบหัวต่อเฮเทอโรชนิดคู่ (Double Heterostructure) ในส่วนกลางหรือร่อง โดยตัวอย่างของไดโอดเลเซอร์แบ่งเป็น 2 แบบ คือ แบบพื้นที่ขั้วนำกระแสกว้าง (Broad Area Conatct) และแบบช่องเปิดของชั้น SiO2 ขนาด 10 ไมครอนในด้านพี ตัวอย่างที่ได้นี้มีค่ากระแสขีดเริ่มต้นของการเปล่งแสงเลเซอร์อยู่ในช่วง 125-160 mA สำหรับไดโอดเลเซอร์ที่มีค่าความยาวในช่วง 500-700 ไมครอน สำหรับแบบช่องเปิดของชั้น SiO2 ขนาด 8 ไมครอนในด้านพี ส่วนแบบพื้นที่ขั้วนำกระแสกว้างนั้นมีค่ากระแสขีดเริ่มต้นสูงกว่า เนื่องจากพื้นฐานของขั้นนำกระแสที่มีค่าสูง อย่างไรก็ตามทั้งสองโครงสร้างนี้มีคุณสมบัติทางแสงระยะสนามใกล้ (Near Field Pattern) เป็นแบบโหมดเดี่ยว