新穎光信號處理元件與模組在光通信中之應用---子計畫四:高速長波長(1.3,1.55.mu.m)VCSELs在都會DWDM之研究與實現(I)

Abstract

在此子計畫中，我們將延續前三年在DWDM子計畫中之長波長面射型雷射的研究工作。此計畫 的重點工作在改進長波長1.3μm and 1.55μm 面射型雷射的設計，製程和操作特性以符合都會型的高 密度多波分工（Metro-DWDM）的應用。 我們預計使用的方法有二︰（1）成長在InP基板上的結構， 是利用我們在前次計畫中已最佳化的 AlInGaAs/InP 布拉格反射鏡（DBR）或空氣孔隙所形成的DBR （ air-gap DBRs）加上成長技術已成熟的 InP系列多重量子井為增益層，再結合新穎的製程技術（如 再成長[wafer fusing]、晶圓鍵結融合[wafer-bonding]、差排[disordering]…等等），使面射型雷射元件 達到高速，高輸出、單模的特性。（2）成長在GaAs基板上的結構，是利用目前磊晶技術已成臻熟 的 850nm系列 AlGaAs/GaAs DBR和我們實驗室發展的氧化製程，再結合和GaAs晶格匹配、其發光 波長在 1.3μm and 1.55μm 的新材料（如 InGaAs 量子點和四元材料 InGaAsN）為增益層，來發展 高輸出、單模的長波長面射型雷射。由於此增益層為較新型材料，故我們將針對此材料做廣泛及深 入的特性研究以最佳化面射型雷射的結構並改善其操作特性。此計畫預計進行的研究包括臨界電 流、增益和外部量子效率（ external quantum efficiency）、面射型雷射的結構設計對溫度特性的影 響與理論計算和實驗的比較分析。最後，我們將研究以二維光子晶體（photonic crystal）結構來控制 面射型雷射模向模態的方法，並利用光子晶體來改善模態輸出使其成為單模輸出之長波長面射型雷 射。我們預期我們所設計之新穎的長波長面射型雷射可以達到高速(>12.5Gb/s)傳輸的要求。本計畫 預計執行的主要目標有︰ (1) 製作以 AlInGaAs/InP 或 air-gap 為布拉格反射鏡之 InP 系列的高速、高輸出功率、單模的 長波長面射型雷射。 (2) 利用最佳化的 InGaAsN 量子井和 InGaAs 量子點之結構設計來製作以 GaAs 系列為布拉格 反射鏡的面射型雷射並增加其操作特性。 (3) 將光子晶體應用在各種面射型雷射上。