바이오 응용을 위한 고효율 박막형 VCSEL 개발
Fabrication of highly efficient thin film VCSEL for bio applications
- 주제(키워드) 박막형 소자 , VCSEL , 논문
- 주제(DDC) 621.381
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이재진
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032579
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 고분자 유기 규소 화합물 중 하나인 폴리디메틸실록산 (Polydimethylsiloxane : PDMS) 을 캐리어 기판으로 활용하여 바이오 애플리케이션에 응용 가능한 박막형 수직 공동 표면 방출 레이저 (Vertical cavity surface emitting laser: VCSEL) 소자를 표면 개질 결합 공정 Surface modification assisted bonding: SMB) 을 통해 개발하였다. 최근 생체 적합성 광원은 바이오센서 광학 치료 등 다목적 광학 기술에 적용될 수 있으며 바이오 소자 분야에서 새롭게 부상하고 있다. 특히, VCSEL 소자는 2 차원 배열 구조에 따른 패키지 용이성 낮은 구동 전류 저가 비용 등 다양한 장점으로 인해 전도 유망한 광원 후보로 각광 받고 있다 생체 적합성 및 안정성을 가지는 PDMS 의 특성은 박막형 VCSEL 이 바이오 광원 분야에 응용 가능하게 한다. 본 연구에서는 제작한 VCSEL 을 PDMS 캐리어 기판과 결합하기 위해, 기존의 VCSEL 소자를 이종 기판에 2 번 전사하는 이중 전사 기법 (Double transfer process) 을 사용하여 기존VCSEL 의 p-on-n 극성을 유지하였다. 또한 기존 VCSEL 의 성장 기판을 제거하여 산소 플라즈마 처리를 수반한 표면 개질 결합 공정을 통해 VCSEL 과 PDMS 의 본딩을 구현하였다. 해당 공정을 통해 제작된 소자는 L I V 광 특성 평가 결과, 1.08 mA 의 낮은 문턱 전류 값과 최대 광 출력 7.52 mW 로 측정되었다. 현재 생체 적합성 광원 소자 개발이 각광받음에 따라 이번 연구를 통해 범용적인 바이오 분야에서 차세대 VCSEL 의 기술적 가능성을 열어줄 것으로 기대한다.
more초록/요약
Biocompatible optical devices have been widely investigated in biomedical industries for versatile applications such as optical-based biosensing, optogenentic modulation, and photodynamic therapy. Especially, vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) is a promising light source compared to conventional light emitting diodes (LEDs), and laser diodes (LDs) owing to its low-divergence beam size, low-threshold, excellent reliability, low-cost, and low-power consumption. In this study, we successfully fabricated biocompatible thin-film VCSELs transferred onto polydimethylsiloxane (PDMS) carrier. The PDMS material with biocompatibility as well as bio-stability makes the thin-film VCSELs on PDMS substrate well-suited for biomedical applications. In order to integrate the conventional VCSEL with PDMS substrate, we employed a direct bonding technique using an oxygen plasma treatment with which any additional material was not required in order to combine the PDMS carrier with the substrate-removed thin-film VCSELs. Additionally, a double-transfer technique that transferred the thin-film VCSELs onto foreign carriers was utilized for maintaining the p-on-n polarity of thin-film VCSEL. The maximum power of the fabricated 930 nm thin-film VCSELs on PDMS carrier was 7.52 mW at an injection current of 13.9 mA. The measured threshold current and voltage of the thin-film VCSEL were 1.08 mA and 1.69 V respectively
more목차
제 1장 서론 1
제 2장 원리 및 이론 7
2.1 수직 공동 표면 방출 레이저 7
2.2 플라즈마를 통한 PDMS 표면 개질 기술 11
제 3장 VCSEL 소자 제작 및 광 특성 14
3.1 에피 구조 성장 14
3.2 VCSEL 소자 제작 공정 17
3.3 박막형 Epi 전사 과정 및 원리 23
3.4 소자의 전기적 및 광학 특성 29
제 4장 결론 35
참고문헌 36
