1-1 前言
半導體雷射在各種雷射中，具有體積小、效率高、價格低的優點。
由於半導體雷射容易與光纖網路或光學系統組合成體積小的光電檢 測系統，因此半導體雷射隨著電腦資訊科技的蓬勃發展與光電檢測技 術不斷創新，需求也越來越重要。半導體雷射的應用範圍相當的廣 泛，如日常生活所接觸到的 CD-ROM、CD-Player、條碼閱讀機、Laser Printer、雷射醫療，其核心部分就是雷射二極體，它可說是光電科技 中的基礎元件。
傳統的線性半導體雷射，必需要鏡面以形成共振腔來產生雷射工 作條件。但是要把多種元件（如波導、感測元件…等等）積體在一起 時，劈裂鏡面與元件的最佳配置有時會有衝突。分佈式迴授（DFB;
Distribution Feedback）雷射利用光柵(grating)作為共振結構，可以避 免對劈裂鏡面的依賴性，然而此種結構需要兩次磊晶成長，較為複雜。
環形共振腔半導體雷射，不需要鏡面，亦不需兩次磊晶成長，因 此較容易製作且較易與其它元件整合成單晶片光積體電路。另外環形 共振腔半導體雷射之旁模抑制( side mode rejection )能力很好，很適合 操作在單一模態中，所以可以成為窄頻寬應用之光源。
1-2 環形共振腔半導體雷射種類
環形共振腔半導體雷射的共振腔有幾種不同的構造，包括：圓 形（circular）共振腔 [1-3]、三角形 (triangular-shape)共振腔 [4]、正 方形(square-shape) 共振腔 [5, 6]及操場形(race-track)共振腔 [7,8]。
具圓形共振腔（圖 1-1）的環形共振腔半導體雷射在 Y 型耦合器 的製作上不易且有較高的損耗。而具三角形共振腔（圖 1-2）和正方 形共振腔（圖 1-3）的環形共振腔半導體雷射，因為沒有彎曲波導的 部分，所以沒有彎曲損耗，但是它必需要製造反射面以形成光回授，
這在製程上是相當困難的，而且不易整合在單晶片光電積體電路。
具有操場形共振腔（圖 1-4）的環形共振腔半導體雷射，不但製程 容易、積體化能力強，且因有較好的理論基礎 [9,10]，近年來已有和 環形濾波器、半導體光放大器積體化的趨勢 [11]。所以本論文的環形 共振腔半導體雷射也是採用操場形共振腔的設計。
1-3 論文架構
本論文中，探討了環形共振腔半導體雷射的製作與量測，也設計 不同的曲率半徑還有針對單級和串、並接雙級進行比較分析。第二章 中對環形共振腔半導體雷射的設計原理作介紹。第三章則介紹環形共 振腔半導體雷射的製程。第四章則是量測環形共振腔半導體雷射的元 件特性並作分析。最後第五章則為實驗結果的結論。
圖 1-1 具圓形共振腔的環形共振腔半導體雷射
圖 1-2 具三角形共振腔的環形共振腔半導體雷射
圖 1-3 具正方形共振腔的環形共振腔半導體雷射 深蝕刻鏡面
深蝕刻鏡面
方向耦合器 Y 型耦合器
圖 1-4 具有操場形共振腔的環形共振腔半導體雷射
2×2多模干涉器