| dc.description.abstract | VCSEL’ler (vertical-cavity surface-emitting laser, düşey- kovuklu yüzey-ışımalı lazer) yirmi yılı aşkın bir süredir giderek gelişen veri iletişimi (datacom) alanının anahtar bileşenlerinden 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 açılı dağılım (low divergence), yüksek elektro-optik verim, düşük ısıl kaymaya sahip dar spektral dağılım, hızlı modülasyon ve beneksiz (speckle-free) ışık üretimi sayılabilir. Ayrıca yonga (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 aygıtlar oksitleme yönteminin kullanıldığı GaAs tabanlı yapılardır. Bu yöntemin olumsuz yönleri proje önerisinde irdelenmiştir. Günümüz endüstrisinde kullanılan bu teknoloji, VCSEL’lerde birçok başarıya sahip olmasına rağmen, oksitleme süreci mevcut VCSEL’lerin ömürlerini kısaltmakta, güvenilirliklerini 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 duyulmaktadır. VCSEL performansında atılım yaratabilecek yaklaşım bu projede önerilen ve avantajlarını önceki çalışmalarda göstermiş olduğumuz oksitsiz litografik-VCSEL yöntemidir. Oksitsiz olmasının getirdiği faydaların ötesinde, bu projede önerilen özgün yöntemin tasarım ve büyütme kolaylıklarının yeni üstünlükleri de beraberinde getirmesi beklenmektedir. VCSEL yapısının tamamını iki adımda büyütmeye dayanan bu metotta, gömülü faz-değiştiren akım-engelli (phase-shifting current-blocking, PSCB) epikristal tabakalar, VCSEL yapısının tasarımı ve standart litografi yöntemleri ile tanımlanacaktır. Bu yaklaşım, oksit-sınırlamalı yöntemin başarılı olmasına sebep olan optik ve elektriksel kılavuzlamaya sahiptir. Ancak bu yöntemin oksitsiz olması ısıl iletkenliği artıraracak ve tasarımında ısıl iletkenliği yüksek yapıların kullanılmasına imkân sağlayacak. Ayrıca litografik olmasından dolayı yüksek tasarım kontrolü ile özgün VCSEL dizini tasarımlarına elverişli olacaktır. Proje, tasarım, büyütme, fabrikasyon ve test olmak üzere dört aşamadan oluşmaktadır. Kritik aşamalar tasarım ve epikristal büyütme bölümleri olacaktır. Projenin ilk kısmında özgün bir yaklaşım olan litografik-VCSEL epitaksiyal yapısının yüksek güçlü lazer yapımına elverişli tasarımı amaçlanmaktadır. İki adımdan oluşan büyütme aşamasında, VCSEL’in çok katmanlı yapılarının büyütülmesi ve ikinci adım büyütmede 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 aygıtlar tasarımından prototiplendirilmesine kadar bütün süreçleri milli olarak yapılan yarıiletken lazer çipleri olması açısından da önemlidir. Projenin özgün değerinden dolayı, başarılı olması durumunda patentlenerek korunması ve ticarileşmesi büyük olasılıklıdır. Bu projenin amacı yüksek güçlü VCSEL alanındaki performans sınırlandırmalarını aşacak yeni bir yaklaşımla öncü çalışma olmaktır. Dolayısıyla proje “Mikro/Nano/Opto-Elektronik Teknolojileri ve Yarıiletken Teknolojiler Çağrı Programı”nda belirtilen “optoelektronik aygıt tasarımı ve prototiplenmesi” ve “yeni nesil yarıiletken lazerlerin tasarlanması, geliştirilmesi ve prototiplenmesi” konusu ile uyumludur. Bu kapsamda yeni nesil yüksek güçlü VCSEL yarıiletken lazerlerinin tasarlanması, geliştirilmesi ve prototiplenmesi amaçlanmaktadır. Mevcut ve ortaya çıkmakta olan VCSEL uygulamaları projenin önemini daha da artırmakta ve bu alanda Türkiye’yi akademik ve endüstriyel açıdan öncü konuma getirebilecektir. | tr |
