在本篇論文中，主要是研究半導體光放大器及環形共振腔雷射。我們利用以磷化銦(InP)為基底並在主動層加入調變摻雜結構技術的多重量子井結構磊晶片，設計其工作波長位在1.55μm，成功的製作出半導體光放大器及環形共振腔雷射。在環形共振腔電射中，我們利用多模干涉耦合器結合環流鏡及非對稱式Mach-Zehnder干涉儀設計出新型的環形共振腔半導體雷射。而光放大器則設計了三種不同架構，包含標準的Fabry-Perot Amplifier及傾斜7度角的行波式放大器，以便比較其中差別特性。此外，在製程時我們使用Multi-step Undercut技術，利用多次溼式蝕刻製程，準確地控制側蝕效果，製作出我們需要的蝕刻深度，使元件在製程後可以精準的達到理論設計的尺寸。
在架設量測系統方面，我們架設出適合本實驗室的量測系統，以便量測半導體元件的光學特性。主要是針對輸入電流對輸出功率變化圖、自發性放射光譜及光電流變化三項為構想，並利用GPIB介面與電腦系統連接，控制其自動化。
在製作出元件回火之後，我們量測兩個不同編號的元件，其I-V curve接觸電阻分別為9Ω及16Ω。而光放大器的L-I curve，其Threshold current分別為62mA及70mA，激發放射頻譜圖中心波長測分別為1531nm及1522nm。

In this thesis, we focus on the investigation of semiconductor optical amplifier and ring laser. We use InP based multiple quantum well epi-wafer with modulation doping in the active layer to design the semiconductor optical amplifier and ring laser for the optical communication at 1.55μm wavelength. We combine the concept of Loop Mirror and Asymmetric Mach-Zehnder Interferometer to obtain the laser with good side mode suppression for a single wavelength light source. For the semiconductor optical amplifier, we design two different types, one is the Fabry-Perot Amplifier and the other is the Traveling Wave Amplifier. Furthermore, We use the Multi-Step Undercutting process in the fabrication of these two devices.
We have established an optical measurement system, including the L-I measurement, the optical spectrum measurement and the far field measurement, to test the device parameters.
After annealing, these devices with two different serial number exhibited the contact resistances of 9Ω and 16Ω, respectively. Under CW operation, these FPA exhibited the threshold current of 62mA and 70mA at 20℃, respectively. The stimulated emission wavelength was at 1531nm and 1522nm, respectively.

目錄 頁次
第一章 簡介 01
1-1 前言 01
1-2 環形共振腔半導體雷射 03
1-3 半導體光放大器 04
1-4 論文架構 05
第二章 元件之原理與模擬 06
2-1 前言 06
2-2 環形共振腔半導體雷射原理 06
2-2-1 多模干涉耦合器(Multi-Mode Interference，MMI) 06
2-2-2 非對稱式邁克生干涉儀(Asymmetric Mach-Zehnder Interferometer，AMZI ) 12
2-2-3 環流鏡(Loop Mirror) 14
2-3 半導體光放大器 17
2-3-1 光放大器增益及輸出飽和功率 17
2-3-2 光放大器雜訊(Noise) 2-3-3 半導體光放大器元件模擬 2124
2-4 調變摻雜 26
第三章 元件設計介紹 29
3-1 前言 29
3-2 環形共振腔半導體雷射元件 29
3-3 半導體光放大器元件 30
第四章 元件製程步驟 31
4-1 前言 31
4-2 磊晶片結構資料 32
4-3 製程示意圖 34
4-4 製程步驟 39
第五章 量測系統之架設 49
5-1 前言 49
5-2 量測系統介紹及驗證 49
5-3 量測系統架構之輸入與輸出耦合 52
5-4 透明電流量測介紹 53
第六章 元件量測與討論 56
6-1 前言 56
6-2 元件特性量測結果 56
6-2-1-1 C131-FPA結構量測結果與討論 56
6-2-1-2 C131-TWA結構量測結果與討論 63
6-2-2 C133結構量測結果與討論 70
第七章 結論 72
第八章 參考文獻 73

[1]R. van Roijen, E. C. M. Pennings, M. J. N. van Stalen ,”Compact InP-Based Ring Lasers Employing Multimode Interference Couplers and Combiners”, Applied Physics Letters, Vol. 64, Issue 14, pp. 1753-1755, 1994.
[2]王俊鎧，”環形共振腔半導體雷射之研製”，國立中山大學光電工程研究所，2003年6月。
[3]B. Soldano, C. M. Penning, ”Optical Multi-mode Interference Devices Based on self-Imaging Principle and Applications” Journal of Lightwave Technology, Vol. 13, No. 4, pp. 615-627, 1995.
[4]T. Saitoh and T. Mukai, ”1.5