Electro Optical Characterisation of Short Wavelength Semiconductor ...

Contents
Preface i
1 Basic Concepts 3
1.1 Historical Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Physics of Semiconductor Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.1 Crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.2 Light in Crystal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Laser Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1 Heterostructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.2 Epitaxy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2 Developing Laser Diodes 15
2.1 Growth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.1 Metalorganic Vapour Phase Epitaxy . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.2 Molecular Beam Epitaxy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2 Processing Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.1 Planar waveguide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.2 Ridge waveguide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3 Characterisation 21
3.1 Structural and Optical Characterisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.1 High Resolution X-Ray Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.2 Photoluminescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1.3 SEM & FIB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2 Opto-Electrical Characterisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2.1 Current Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2.2 Current-Voltage Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2.3 Output Light-Current Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.4 Electroluminescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4 Data Analysis 29
4.1 ZnSe Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.1.1 Characterisation of ZnSe laser diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.1.2 ZnSe results in brief . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2 GaN Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
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