量子井雷射

Lm4803

首先針對量子井雷射進行研究，使用之晶圓為 LM4803 QW980，結構如圖 4-1，

蝕刻時間為 4 分 10 秒，SEM 下結果如圖 4-4，蝕刻鏡陎深度約為 3.71μm，如圖所 示 mirror 部分，前方所示 substrate 部分約為 3μm，雷射線寬為 20μm，共振腔長 度為 1000μm。

圖 4-4 QW SEM 剖陎圖

在此條件下，所得之 L-I-V 特性曲線與光頻譜圖如圖 4-5、圖 4-6，由圖 4-6 可知，此雷射之中心波段為 1007nm。由圖 4-5 L-I-V 特性曲線可得此雷射基本特性，

代入式(2.5)可得此雷射之鏡陎損失為 42.96。詳細整理如表 4-1 所示。

0 50 100 150 200 250 300 350 400 dry etched Lm4803 L1000_20um

Voltage(V)

圖 4-5 L-I-V 特性曲線

980 990 1000 1010 1020 1030

-80

4.2.2

A. LM4903

LM4903 蝕刻時間為 4 分 10 秒，結構圖如圖所示 SEM 下結果如圖 4-7，蝕刻鏡陎 深度約為 3.79μm，雷射線寬為 20μm，共振腔長度為 2000μm。在此條件下，所得 之 L-I-V 特性曲線如圖 4-8。

圖 4-7 LM4903 SEM 圖

0 100 200 300 400 500 600 於 dry etched mirror 損耗較大，易有過熱情形，所以運用不同 duty cycle，以找 出最佳化 L-I 特性曲線。針對共振腔長度 2000μm/ 雷射寬度 20μm，發現在 duty cycle 為 2μs/1ms 時為最佳化。

接下來對此雷射光頻譜做分析探討，如圖所示，dry etched mirror 在起始電 流左右之雷射光波長如圖 4-9 所示為 1290nm 與 cleaved mirror 同為基態雷射。在 確定兩者皆為基態雷射之後，比較兩者 L-I 曲線特性，如圖 4-10。

1280 1290 1300 1310 1320

dry etched mirror 200mA LM4903_L2000_20um dry etched LM4903_20um L2000

圖 4-10 LM4903 L-I-V 特性曲線比較

代入式(2.21)可得此雷射之鏡陎損失為 38.77cm^-1。詳細雷射特性整理如表 4-2 所 示。

L2000 20μm η^d G(cm^-1) J^th (A/cm²) α^m + α^scattering (cm^-1) J^tr(A/cm²) Dry etched mirror 0.016 44.74 425 41.74 56.8

Cleaved mirror 0.156 8.7 128 5.7(=α^m ) 56.8

表 4-2 LM4803 自然劈裂陎與乾式蝕刻鏡陎特性之比較 B. LM4917

為使雷射特性更好，在此增加蝕刻時間，LM4903 蝕刻時間為 5 分 10 秒，蝕刻 鏡陎深度約為 5.18~5.98μm，雷射線寬分別為 10μm、20μm、50μm，共振腔長度 為 2000μm。

(a)雷射線寬 10μm 之雷射，圖 4-11，圖 4-12 分別為 SEM 圖與 L-I-V 特性曲線

圖 4-11 LM4917 L2000_10μm SEM 圖

0 100 200 300 400 500

圖 4-12 LM4917 L2000_10μm L-I-V 特性曲線

圖 4-12 中，L-I 特性曲線有五種不同量測情形，分別代表不同 duty cycle，針 對 L2000 20μm，發現在 duty cycle 為 2μs/1ms 時為最佳化。此時基本雷射特性 如表 4-3。

表 4-3 LM4917 L2000_10μm 基本雷射特性

接下來針對此雷射光頻譜做分析探討，如圖 4-13 表示。此時為第一激發態雷射，

中心波長為 1178nm。在此製程下，並未出現基態雷射，是由於 dry etched mirror 之 損耗所造成。由於基態的飽和增益較低，在此情況下，基態的飽和增益並沒有克服 內部損耗與鏡陎損耗，以至於在基態並沒有雷射，而激發態飽和增益較高，所以在 此 dry etched mirror 下激發態飽和增益可輕易克服損耗，達到雷射條件。

1100 1150 1200 1250 1300 -90

-80 -70 -60 -50 -40 -30

p o w e r in te n s it y (d B m )

wavelength(nm)

100mA 110mA 120mA 200mA L2000_10um Lm4917

1179nm

圖 4-13 LM4917 L2000_10μm 光頻譜圖

(b)雷射寬度 20μm，圖 4-14，圖 4-15 分別為 SEM 圖與 L-I-V 特性曲線

圖 4-14 LM4917 L2000_20μm SEM 圖

0 100 200 300 400 500

圖 4-15 LM4917 L2000_20μm L-I-V 特性曲線

同上例，在 duty cycle 為 2μs/1ms 時有最佳化雷射特性。此時基本雷射特性 如下表 4-4。

表 4-4 LM4917 L2000_20μm 基本雷射特性

接下來針對此雷射光頻譜做分析探討，如圖 4-16 所示。此時如上例亦為第一激發態 雷射，中心波長為 1184nm。同樣是由於 dry etched mirror 之損耗所造成。

1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320 -90

-80 -70 -60 -50 -40 -30

power intensity(dBm)

wavelength(nm) 190mA

200mA 210mA L2000_20um Lm4917

1184nm

圖 4-16 LM4917 L2000_20μm 光頻譜圖

(c)雷射寬度 50μm，圖 4-17，圖 4-18 分別為 SEM 圖與 L-I-V 特性曲線

圖 4-17 LM4917 L2000_50μm SEM 圖

0 100 200 300 400 500

圖 4-18 LM4917 L2000_50μm L-I-V 特性曲線

同上例，由圖 4-18 可知在 duty cycle 為 2μs/1ms 時有最佳化雷射特性。而接下來 由頻譜圖，如圖 4-19 可知，此時雷射中心波長為 1265nm，為基態雷射。而同樣在 確定兩者皆為基態雷射之後，比較兩者 L-I 曲線特性，如圖 4-20。

圖 4-19 LM4917 L2000_50μm 光頻譜圖

0 100 200 300 400 500 0

5 10 15 20 25 30 35 40

power(mW)

current(mA)

dry etched cleaved Lm4917 L2000_50um

圖 4-20 LM4917 L-I-V 特性曲線比較

代入式(2.21)可得此雷射之鏡陎損失為 31.8cm^-1。詳細雷射特性整理如表 4-5 所示。

L2000 50um η^d G(cm^-1) J^th (A/cm²) α^m + α^scattering(cm^-1)

Dry etched mirror 0.11 34.8 245.33 31.8 Cleaved mirror 0.21 10.70 79.14 5.7(=α^m )

表 4-5 LM4917 基本雷射特性