圖 4.1 為 Lm5140 量子點樣品經過光子晶體雷射製程後的 SEM 側視圖，圖 4.2 為 SEM 俯視圖，由側視圖中我們看到脊狀波導的蝕刻深度，差不多停留在主動 層之上，這樣在光子晶體蝕刻後，光子晶體會完全貫穿主動層，對於光會有非常 強的微擾，並且由俯視圖我們可以看到，光子晶體陣列距離靠近的自然劈裂距離 為 20μm，也就是說由光子晶體-自然劈裂面形成的內共振腔長度為 800μm 扣掉 20μm，如此一來我們便可以計算，經過 Vernier Effect 後的共振腔響應頻譜，再 拿來與 Lm5140 光子晶體雷射實際量測到的頻譜對照，便可以知道在脊狀波導上 製做光子晶體陣列對雷射模態拍頻效果如何。
圖四.1 Lm5140 光子晶體雷射元件側視圖 (a) 寬度 3μm (b) 寬度 5μm
圖四.2 Lm5140 光子晶體雷射元件俯視圖
(a) (b)
34
首先我們先來看共振腔長度 800μm 的元件，圖 4.3 為共振腔長度 800μm 以 及內共振腔長度 780μm，經過 Vernier Effect 後理論的共振腔縱模模態，經過 Vernier Effect 的縱模模態 ∆λ約為 4nm，然後我們發現，由於共振腔長度稍長，
造成縱模模態除了對準的模態外，周圍模態的強度也很高，這有可能造成雷射的 半高寬變寬，或是直接成為多模態雷射。
1.005 1.010 1.015 1.020 1.025
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
Response
WaveLength (m)
Cavity Response
圖四.3 共振腔長度 800μm 內共振腔 780μm 經 Vernier Effect 後的縱模模態
現在我們來看共振腔長度 800μm 波導寬度 5μm 的元件，圖 4.4 為沒有製作 光子晶體陣列的元件，可以看到雷射頻為多模態雷射的頻譜，中心波長大概在 1030nm，中心波長隨著電流增加的熱效應而紅移，其雷射的半高寬為 4~5nm，
略大於我們所計算經過 Vernier Effect 後的縱模模態頻譜，推論有製作光子晶體 陣列後，元件有可能會呈現兩個模態雷射的雷射頻譜。
35
1010 1015 1020 1025 1030 1035 1040
-50
CW Operation @20C w/o PHC _5um Cavity Length 800um
Intensity (dBm) 看到有兩個波長在雷射，分別為 1012.4nm 以及 1016.4nm，FWHM 分別為 0.22nm 以及 0.2nm，除了這兩個波長在雷射外，周圍還可以看到有其他的沒有達到雷射 共振腔模態的情形，而主要兩個雷射波長間隔為 4nm，隨著的操作電流上升，波 長開始應高載子注入以及元件累積的熱效應開始紅移，當操作電流為 90mA 時，
兩個波長分別紅移到 1014.2nm 以及 1018nm，其 FWHM 分別改變為 0.2nm 以及 0.4nm，兩波長的間隔為 3.8nm，與前面所計算的理論值 4nm，幾乎是吻合的，
這個些微的差距可能是來自於實際的折射率與我們計算時用的理論的折射率並 不會相同。
圖 4.6 為該元件做變溫量測的雷射頻譜圖，當溫度上升到 25℃ 時，其雷射 波長因為熱效應的影響紅移，中心波長分別移動到 1013nm 以及 1016.8nm，雷射
I
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的 FWHM 並沒有明顯變化分別為 0.22nm 以及 0.18nm，兩個主要雷射波長的間 隔為 3.8nm 與 20℃ 時差距不大，同樣與共振腔響應的計算值差不多，當溫度上 升到 30℃ 後，雷射特性已經開始衰退，但是還是可以看到共振腔的模態，雷射 波長分別為 1014.2nm 以及 1018.4nm，FWHM 只剩下 0.26nm 以及 1.4nm，主要 雷射波長的間隔為 4.2nm，這個變化是來自於較長波長的雷射 FWHM 變寬很多，
造成波長間隔的誤差。元件雷射波長對於溫度的變化為0.18nm/℃，於對於一般 InGaAs 量子點而言，溫度對於波長的變化通常約為0.4nm/℃，我們這種利用共 振腔模態拍頻的情況，對於元件對溫度的的穩定性是有改善的。
1005 1010 1015 1020 1025
-40 -30 -20 -10
0 CW Operation @20C 48_Crystal_5um Cavity Length 800um
Intensity (dBm)
37
1005 1010 1015 1020 1025
-40 -30 -20 -10
0 CW Operation @60mA 48_Crystal_5um Cavity Length 800um
Intensity (dBm)
38