| dc.description.abstract | Proje Özeti
VCSEL’ler (vertical-cavity surface-emitting laser, düşey- kovuklu yüzey-ışımalı lazer) yirmi yılı aşkın bir süredir giderek büyüyen veri iletişimi (datacom) alanının anahtar parçalarından birisidir. Bunun yanında son yıllarda gelişmekte olan yüksek güçlü VCSEL’ler tüketici, endüstriyel, askeri ve otomotiv sektörlerinde ortaya çıkan uygulama alanlarıyla önemli bir teknoloji ve büyüyen bir pazar olacağının işaretlerini vermektedir. Bunların başlıcaları tüketici elektroniği için mimik tanıma ve üç boyutlu tarama yapabilen akıllı sensörlar, gözetleme ve gece görüş sistemleri için lazer aydınlatma, katıhal lazerlerin pompalanması, endüstriyel kızılötesi ısıtma sistemleri, araçlarda çarpışmayı önleyici lazer tarama (laser detection and ranging, LIDAR) cihazi ve kendi-süren (self-driving) araçlardır. Ortaya çıkan VCSEL tabanlı bu uygulamalar yalnız günümüz uygulamaları için iyileştirmeler getiren değil, yeni teknoloji alanları olmaları açısından da çok önemlidir. Yüksek güçlü VCSEL’ler bu uygulamaların ihtiyaçlarına uygun ve diğer yarıiletken ışık kaynakları olan kenar-ışımalı lazerler (edge-emitting laser, EEL) ve LED’lere göre birçok cazip özelliğe sahip. En önemlileri dairesel ve dar açısal dağılım (low divergence), yüksek eletro-optik verim, düşük ısısal kaymaya sahip dar spektral dağılım, hızlı modülasyon ve beneksiz (speckle-free) ışık üretimi sayılabilir. Ayrıca yonga plakası (wafer) üzerinde test edilebilmesi, basit ışın şekillendirmesi (beam shaping), kompakt tasarımı (small footprint), LED’e benzeyen paketlemesi gibi kolaylıkları ve kenar-ışımalı lazerlere göre çok daha düşük maliyete sahip olması gibi endüstriyel üretim avantajları bulunuyor.
Mevcut uygulamalarda kullanılan ve oksit-VCSEL olarak adlandırılan cihazlar oksitleme yönteminin kullanıldığı GaAs tabanlı yapılardır. Bu yöntemin olumsuz yönleri proje önerisinde incelenmiştir. Günümüz endüstrisinde kullanılan bu teknoloji, VCSEL’lerde birçok başarıya sahip olmasına rağmen, oksitleme süreci VCSEL’lerin güvenilirliklerini azaltarak ömürlerini azaltmakta, oksitin yüksek ısı direnci lazer performansını düşürmekte ve oksitleme işlemi lazerin tasarımını kısıtlayarak yüksek ısı dirençli tabakaların kullanımını zorunlu hale getirmektedir. Bu sorunlar VCSEL’lerden elde edilebilecek güç, ömür, parlaklık ve verimi düşürürken, ortaya çıkabilecek yeni uygulamaların da önünü tıkamaktadır. Bu sınırlandırmaları aşabilecek ve lazer performansını önemli derecede iyileştirecek bir teknolojiye büyük ihtiyaç duyulmakta. VCSEL performansında atılım yaratabilecek yaklaşım bu projede önerilen ve avantajlarını önceki çalışmalarda göstermiş olduğumuz oksitsiz litografik-VCSEL yöntemidir. İki adımda büyütmeye dayanan metotta gömülü faz-değiştiren akım-engelli yarıiletken tabakalar, epitaksiyal yapının tasarımı ve standart litografi yöntemleri ile tanımlanacaktır. Oksit-sınırlamalı yöntem gibi optik ve elektriksel kılavuzlamayı sahip bu yöntemin oksitsiz olması termal iletkenliği artıraracak ve tasarımında termal iletkenliği yüksek yapıların kullanılmasını imkan sağlayacak. Ayrıca litografik olmasından dolayı yüksek tasarım kontrolü ile özgün VCSEL dizini tasarımlarına elverişli hale gelecek. Proje tasarım, büyütme, fabrikasyon ve test olmak üzere dört aşamadan oluşmaktadır. Kritik aşamaların tasarım ve büyütme bölümleri olacaktır. Projenin ilk kısmında özgün bir yaklaşım olan litografik-VCSEL epitaksiyal yapısının yüksek güçlü lazer yapımına elverişli şekilde tasarımı amaçlanmaktadır. İki aşamadan oluşan büyütme aşamasında, VCSEL’in çok katmanlı yapılarının büyütülmesi ve ikinci adım büyütme için uygun reaktör şartlarının oluşturulması için optimizasyon ve karakterizasyon çalışmaları yapılacaktır. Projede amaçlanan 10 Watt çıkış gücüne sahip çok-kipli (multi-mode) ve 1 Watt gücünde tek-kipli (single-mode) VCSEL dizinleri oluşturmaktır. Tek-kipli lazerin ileride çalışılması düşünülen yüksek parlaklığa (high brightness) sahip tek-kipli ahenkli lazer dizinleri (coherent laser array) projesine temel oluşturması amaçlanmaktadır.
Bu cihazlar tasarımından prototipledirilmesine kadar bütün süreçleri milli olarak yapılan yarıiletken lazer çipleri olması açısından da önemlidir. Projenin özgün değerinden dolayı, başarılı olması durumunda patentlenerek korunması ve ticarelişmesi büyük olasılıklıdır. Bu projenin amacı yüksek güçlü VCSEL alanındaki performans sınırlandırmalarını aşacak yeni bir yaklaşımla öncü çalışma olmaktır | tr |
