砷化鎵/ 砷化鋁鎵雷射掃描器研製

Abstract

利用雷射光掃瞄，在雷射印表機、雷射唱盤、積體光學等各方面都有很高的應用價值 ，因此一個輕巧、堅固、能快速掃瞄且具有較大掃瞄範圍的雷射掃瞄器是迫切需要的 。 本論文在研製一種純粹以電子控制的雷射掃瞄器。由於沒有機械式掃瞄時的磨擦、慣 性等現象，因而掃瞄頻率將可大幅提高。本元件是以砷人鎵、砷化鋁鎵為材料，由P- n-P 電晶體結構所製成。我們並使其中Ｐ的濃度遠大於ｎ的濃度。根據半導體在不對 稱增益，雷射光會偏斜出射的現象，如果我們控制兩個Ｐ極偏壓之比，就可以控制增 益的分佈曲線，也因此控制了出射光的方向。 在本論文的理論部份，我們使用了用來解釋在不對稱增益下所以有偏斜出射光的模型 來預測本元件結構的特性。經過理論的分析，我們得到此元件應在飽和模式（Satur- ation mode）下操作，且基極寬度應和少數載子的擴散長度（diffusion length）相 近。若基極寬度太大將造成兩道光出射的現象，但基極寬度太小時，出射光的角度會 很小。因此，基極寬度將視需要而審慎選定。計算結果得到，當基極寬度為５μｍ時 ，角度變化可由０°到２．２３°；當基極寬度為７μｍ及１０μｍ時，最大角度為 ３．３３°，４．７１°。但在基極寬度過高時（≧１０μｍ）且當兩正極均正向偏 壓時可能有兩道出射光。 在元件的製作過程中，液相磊晶（LPE ）和鋅擴散（Zn diffusion）是最重要的兩個 步驟。首先我們利用液相磊晶法完成四層ｎ型晶體的成長，接著做鋅擴散以造成Ｐ型 區域。藉著掃瞄式電子顯微鏡（SEM ）的觀察，我們清楚的看到了四層晶體長成和鋅 擴散的情形，元件亦做了電流－電壓關係曲線的測量（I-V curve ），由圖形可確知 P-n 接面已形成，截止電壓為１．１∼１．６Ｖ，電阻值約為１６∼２８Ω。於實驗 中我們發現封管式（close-tube）的鋅擴散很不容易控制，另外我們亦發現，在進行 鋅擴散時，若ｎ型區域很小，砷化鎵（GaAs）是很合遉的保護材料。