本論文主旨在藉著濕式蝕刻以及乾式蝕刻製程技術製作垂直之反射鏡面，並利用此鏡面來反射一入射至多模干涉耦合器(Multi-mode interference，MMI)的光模，以藉此垂直反射鏡面設計製作光波導反射器。利用垂直鏡面之設計，來使一入射至多模干涉耦合器的光模行進方向轉彎，並藉由調整多模干涉耦合器之長度，來達到所需的分光比與最高功率輸出。為了減少彎曲損耗以及使光模在垂直之反射鏡面產生全反射，我們針對垂直之反射鏡面利用ICP-RIE乾式蝕刻來增加反射鏡面的蝕刻深度達4µm。 經由上述之模擬設計，我們便可以利用垂直之反射鏡面及多模干涉耦合器來製作光波導反射器與半導體費比-普洛(Fabry-Perot)雷射。
材料方面，我們使用1.52µm對稱型結構之砷化鋁鎵銦/砷化鎵銦(InGaAlAs/InGaAs)多重量子井結構的磊晶片。在元件設計方面，我們分別設計了單一輸入與双輸入的光波導反射器，並藉由搭配此兩種形式的光波導反射器來組成費比-普洛雷射；另外，我們也直接利用一單一輸入及一双輸入的光波導反射器直接來製作成一費比-普洛雷射。此外，我們也設計光模行進方向轉彎90°的双輸入與双輸出的光波導反射器，並藉由搭配此兩個轉彎90°的光波導反射器與一1x2的3dB多模干涉耦合器及一環形共振腔，來製作成一改良的費比-普洛半導體雷射元件。
元件製程方面，先利用多重步驟濕蝕刻技術蝕刻磊晶片使波導的蝕刻深度約1.79

The purpose of this thesis is to design and fabricate optical waveguide reflectors by the etched vertical mirror surfaces. In order to reflect the incident optical mode of multi-mode interference coupler, we fabricate the etched vertical reflective mirror surface with wet etch and dry etch processes. We used the design of etched vertical mirror surfaces to bend the incident optical mode, and changed the length of multi-mode interference coupler for the power splitting ratio and high power output.
In order to reduce bending and transition losses and make the incident optical mode total internal reflection in the etched vertical mirror surfaces, we used ICP-RIE dry etch process to add the depth about 4 µm of the etched vertical mirror surfaces. A 1.52 µm symmetric multiple quantum well InGaAlAs/InGaAs epitaxial wafer is used to fabricate the devices. In the device design, we designed optical waveguide reflectors of one input and two inputs respectively, and utilized them to fabricate Fabry-Perot lasers. We also utilized a reflector of one input and two inputs directly to fabricate a Fabry-Perot laser. In addition, We fabricated a Fabry-Perot laser by two reflectors with 90° angle corner, a 1x2 3dB multi-mode interference coupler and a ring resonator.
In fabrication process, firstly, we etched the epitaxial wafer the depth of about 1.79µm by multi-step wet etch to form waveguides. In order to reduce bending loss, we made deep etching for the outside of curve waveguides and optical waveguide reflectors. Then, we etched the reflective mirror to the depth of about 4µm by ICP-RIE dry etch process to have a greater variation of refractive index to reflect the optical mode of reflectors. Finally, we used polyimide to flatten the sides of the ridge waveguides and evaporated metal pad over the ridge waveguides to form the signal pad.

第一章 簡介 1
1-1 前言 1
1-2 應用鏡面反射器製作半導體雷射之特點及其應用 3
1-3 論文架構 3
第二章 多模干涉耦合器之原理與模擬 5
2-1 多模干涉耦合器(MMI)之原理 4
2-2 MMI之理論計算 8
2-3 MMI之設計與模擬結果 9
第三章 垂直鏡面反射器之原理與模擬 11
3-1 垂直鏡面反射器簡介 11
3-2 1x1全反射器之模擬結果與比較 12
3-3 K=0.85之2x2反射器之模擬結果與比較 15
3-4 K=0.5 之2x2反射器之模擬結果與比較 17
3-5 2x2 90度轉彎反射器之模擬結果 19
第四章 光波導環型共振器 20
4-1 環型共振腔之簡介 20
4-2 環型共振腔之分析方法 23
4-2-1 方向性耦合器 24
4-2-2 2X2MMI耦合器 25
4-2-3 彎曲環型波導部份 26
4-2-4 單環環型共振腔之傳輸方程式 27
第五章元件與光罩設計 28
5-1 S型波導之簡介 28
5-2 光罩之設計 30
第六章 元件製程步驟及製程結果 33
6-1 磊晶片之資料 33
6-2 製程流程圖 36
6-3 製程示意圖 37
6-4 製程步驟及結果 44
第七章 結論 62
參考文獻 64

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