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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:葉東昆
研究生(外文):Tung-Kun Yeh
論文名稱:1550nm寬頻半導體光放大器研製與分析
論文名稱(外文):The Design and Fabrication of 1550nm Semiconductor Optical Amplifiers
指導教授:張道源張道源引用關係賴聰賢
指導教授(外文):Tao-Yuan ChangTsong-Sheng Lay
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:光電工程研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:49
中文關鍵詞:半導體光放大器
外文關鍵詞:Semiconductor Optical Amplifier
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本篇論文係針對InAlGaAs/InP 1.55�慆的半導體光放大器進行研製。在磊晶結構方面我們在主動層加了n型調變摻雜,可以降低脊狀波導雷射的臨界電流及降低spontaneous emission factor (nsp)。元件結構方面,我們將使用SiO材料當作端面抗反射膜(AR Coating)來降低鏡面的反射率,以減少因FP共振模態造成的增益波動。在元件模擬方面,使用FimmWave模擬軟體,我們得到在脊狀波導寬度= 2.5�慆時其遠場發散角約36.7o×34.4o,較為接近圓形,因此可提高耦光效率。在製程方面,我們所採用的是複雜性低的單溝槽製程,並於製作脊狀波導雷射之後再將雷射端面鍍上抗反射層形成行波式光放大器。我們亦建立自動化之半導體雷射及光放大器量測系統,在元件量測方面,半導體雷射在室溫時最大飽和輸出功率為0.5 mW,其輸出光譜波長約為1486nm,造成元件特性不佳的原因可能是由於磊晶結構中接近主動層附近插入一extra quantum well,並且為減少電子注入此量子井與電洞複合之機率,因此緊鄰此量子井之下設有一InAlAs之electron barrier,盡量提高電洞流出與電子流入之比例,但在順偏壓下,電場之變化加上藉由InAlAs中之deep levels產生之穿隧效應,使electron barrier阻止電子注入此量子井之構想並未達到預期之目標,而導致元件發光性能不佳。
In this thesis, We have fabricated 1.55�慆 InAlGaAs/InP Semiconductor Optical Amplifiers (SOAs). As for the epitaxial structure, We added n-type modulation doping in the active layer to reduce threshold current of ridge laser and spontaneous emission factor (nsp). As for the device structure, we coated SiO anti-reflection (AR) film on one cleaved facet of a Fabry-Perot laser to reduce reflectance and gain ripple. Besides, we simulated our structures using Fimmwave software and obtained ridge width w=2.5�慆 of far-field angle equal to 36.7o×34.4o. Since the far-field pattern is symmetrical, it has higher coupling efficiency. We have also developed a single-trench process to fabricate the SOAs. First of all, we fabricated ridge lasers and applied AR coating on one cleaved facet to complete the SOA fabrication. We have also set up an automatic measurement system of laser and SOA in our lab. The maximum saturation output of ridge laser about 0.5mW has been demonstrated during the room temperature L-I curve measurement, and the lasing wavelength is 1486nm. The performance of the ridge lasers is not good enough. It may relate to the extra quantum well near active layer in our epitaxial structure. When the device was operated under forward bias, electrons can tunnel through the electron barrier InAlAs layer, and recombine with holes in the extra quantum well. The loss of injection carriers at the extra quantum well make the unsatisfactory device characteristics.
目錄

第一章 簡介…………………………………………1
1-1 前言………………………………………………1
1-2 半導體光放大器…………………………………2
1-3 降低端面反射率的元件結構……………………4
1-4 論文架構…………………………………………6
第二章 理論背景…………………………………….7
2-1 半導體光放大器的基本特性……………………7
2-1-1光放大器增益及輸出飽和功率……………….8
2-1-2光放大器雜訊(Noise)…..……………………10
2-2元件設計……………………………………………13
2-3元件模擬……………………………………………19
第三章 製程步驟………………………………………22
3-1元件製程示意………………………………………22
3-2脊狀雷射之製程……………………………………27
第四章 量測結果與討論 ………………………………33
4-1 前言…………………………………………………33
4-2 SOA元件量測結果…………………………………35
4-2-1 輸出功率對電流曲線………….…….…………36
4-2-2電流對輸出頻譜曲線…………..………………37
4-2-3 Fiber to Fiber Spectrum……..…..………39
4-3脊狀雷射量測結果…………………………………42
4-3-1電流對電壓曲線…………………......………42
4-3-2電流對輸率曲線…………….…………………43
4-3-3 輸出光譜……………………………..………44
第五章 結論………………………………………… 45
第六章 參考文獻….…………………………………46
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