CN1234637A - 模拟应用的调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方面是包括半导体材料波导区(14)的光调制器。为了获得缓变的,大致线性的传递函数,波导区域的带隙沿光传播方向(Z)或沿垂直此方向的方向(X)是缓变的。按照另一方面,本发明是一个电吸收调制激光器(10),其中确定调制器的波导区部分有一个缓变的带隙。按照本发明的方法,利用有变化的宽度以得到缓变带隙的掩模(30—33),生成调制器的波导区。

Description

模拟应用的调制器
本发明涉及调制器，例如，包含在电吸收调制激光器(EML)中的调制器，尤其是，本发明涉及模拟应用的一种结构和制造这类调制器的方法。
专业人员都知道，电吸收调制激光器(EMLs)最初是为了数字应用。这类激光器通常包括在InP母体上形成的多量子阱激光器和调制器。(例如，参照Johnson等人“高速集成电吸收调制器”SPIEProceedings,Vol.3038,pp.30-38(Feb.1997)和Aoki等人“新颖结构MQW电吸收调制器1DBF激光器…”Electronics Letters,Vol.27,pp.2138-2140(Nov.1991)。这类激光器的传递函数往往是高度非线性的，传递函数是光输出作为调制器两端电压的函数。尤其是，呈现出陡峭的传递函数，它适合于数字应用。然而，模拟应用一般需要线性的传递函数。
为了生成一个较线性的传递函数，提出过把预失真加到输入激光器的RF信号。这种解决方法往往是昂贵的和复杂的。
所以，就要求提供这样一种激光器，它具有适当线性的传递函数而不需要外部电路。
本发明的一个方面是调制器，它包括一个有缓变带隙的半导体材料波导区，沿着一个选自通过调制器的光传播路径和垂直于该光传播波路径的一个路径的方向。按照另一方面，本发明是电吸收调制激光器，包括形成在衬底上的激光器和调制器以及有半导体材料的波导区，其中，确定调制器区域的部分有一个缓变带隙，沿着一个选自通过调制器的光传播路径和垂直于该光传播路径的一个路径的方向。按照另一方面，本发明是制成调制器的方法，包括在衬底上有选择地生长一层半导体材料，其中掩模用于确定生长的区域，掩模的宽度沿着一个选自通过调制器的光传播路径和垂直于该光传播路径的一个路径的方向变化。
本发明的这些和其它特征在以下描述中详细地说明。在这些附图中：
图1是按照本发明一个实施例的电吸收调制激光器的剖面图；
图2是图1所示激光器的平面图；
图3是按照本发明一个方面在某个制作阶段图1和图2激光器的平面图；
图4是沿着光传播方向图1和图2激光器的带隙波长示图；
图5是图1和图2器件与现有技术器件比较的光输出作为电压函数的示图；
图6是带隙波长作为掩模宽度函数的示图，此掩模用于制作图1和图2的器件。
应该理解，为了便于说明，这些附图不一定按比例画出。
图1和图2表示典型的电吸收调制激光器(EML)10的剖面图和平面图，此激光器可以是按照本发明一个实施例制造的。这个器件形成在衬底11上，例如，此衬底可以是InP。区域12和13分别包括器件10的激光器部分和调制器部分，是淀积待描述的多层半导体而制成，通常是化学汽相淀积。特别是，多量子阱波导区14形成在衬底11上。专业人员知道，这个区域包括多层，如InGaAsP层，其中，选择区域12中的带隙以发射光和选择区域13中的带隙以吸收光，当这些区域两端加上一个偏置时。过度区域20形成在激光器区域12与调制器区域13之间。至少还有一个半导体层15，如InP层，淀积在激活区域14上面。为了加上偏置，电极16和17分别淀积在层15的顶部表面上的激光器区域12和调制器区域13上。还有一个电极18淀积在衬底11的底部表面(注意，在顶视图上，为了便于说明省略了电极)。
典型的EML激光器有图5中曲线50所示的传递函数，传递函数是光输出作为加在调制器区域13两端电压的函数。注意，在最大光输出(ON状态)与最小光输出(OFF状态)之间有一个突然的过度。然而，对于模拟应用，曲线51所示的传递函数是更理想的。特别是，该曲线在最大光输出(通状态)与最小光输出(断状态)之间显现出一段线性部分，其斜率是恒定的，约为器件工作电压ΔV的百分之一。理想的是，这个斜率在1-5dB/V范围内。通常，ΔV为0.5V或更小。
按照本发明一个最佳的特征，如图4所示的带隙分布能够获得这样的传递函数，图4表示带隙波长作为图1和图2器件沿着光传播方向(Z方向)距离的函数。注意，带隙在激光器区域12保持恒定，且在激光器区域与调制器区域之间的过度区域开始下降。调制器区域13显现出缓变的带隙，此带隙开始时处在高值，通常为1.55-1.60μm，然后以大致线性的方式下降到低值，通常为1.50-1.55μm。最好是，带隙曲线的斜率是在10nm/V-30nm/V的范围内。
按照图3所示本发明方法的一个实施例，能够获得理想的带隙缓变。如图所示，利用形成包括区段30-33图形的掩模层，制作构成激光器区域12和调制器区域13的半导体层14。在这个例子中，掩模是二氧化硅，它用标准的光刻法确定。然而，也可以采用其他类型的掩模。这个半导体层14是用标准的化学汽相淀积(MOCVD)方法淀积在掩模暴露的衬底区域。
注意，确定激光器区域12的区段30和31在整个区域有恒定的宽度w。确定调制器区域13的区段32和33从宽度(w＇)开始，然后沿着光传播方向(Z方向)下降，这个宽度小于区段30和31。在汽相淀积中，淀积层中各个组成成分(在此例子中是In,P,Ga，和As)入射到掩摸区段上，往往向着衬底的暴露部分迁移。因此，形成在衬底区域的半导体层中，掩模有较少暴露部分(区域12)比有较多暴露部分(区域13)的区域有较高的生长率，即使区段之间的间隙g是恒定的。由于带隙是淀积层生长率的函数，调制器中带隙波长从掩模区段最宽处的高值到掩模区段最窄处的低值缓变。
特别是，图6表示在恒定间隙g为20μm情况下区域13中层14的带隙波长作为掩模区段32和33宽度w＇的函数。显而易见，可以改变氧化物宽度以获得沿光传播方向带隙的缓变。在这个例子中，宽度w＇从约45μm的值开始，递减到约0μm的值以获得图4的带隙缓变。最好是，在调制器区域中带隙波长至少变化20nm。氧化物宽度最好应当变化2μm，更好是变化至少10μm。
本发明的各种改动对于专业人员而言是显而易见的。例如，虽然所示器件是激光器和调制器的组合，也可以利用本发明做成分离的调制器。此外，虽然带隙是沿光传播方向缓变的，但是可以取而代之沿着垂直于光传播的方向，即x方向或y方向，因为调制器中光的相对吸收和传输作为电压的函数在任一情况下都受影响。此外，若带隙是沿x方向缓变(见图3)，氧化物衬垫围绕器件光轴的放置可以是非对称的。

Claims (14)

1．一种包括半导体材料波导区(14)的光调制器(13)，其特征是，波导区有带隙波长，它沿着一个选自通过调制器的光传播路径(Z)和垂直于该光传播路径的路径(X)的方向变化。
2．按照权利要求1的调制器，其中带隙波长是从在1.55-1.60μm范围内的最大值变化到在1.50-1.55μm范围内的最小值。
3．按照权利要求1的调制器，其中带隙波长至少变化20nm。
4．按照权利要求1的调制器，其中调制器显现出有斜率的传递函数，此斜率是在最大值与最小值之间的1-5dB/V范围内。
5．按照权利要求1的调制器，其中半导体材料包括InGaAsP。
6．一种包括在衬底(11)上形成激光器(12)和调制器(13)且包括半导体材料波导区(14)的电吸收调制激光器(10)，其特征是，规定调制器的波导区部分有带隙波长，它沿着一个选自通过调制器的光传播路径(Z)和垂直于该光传播波路径的路径(X)的方向变化。
7．按照权利要求6的激光器，其中带隙波长是从在1.55-1.60μm范围内的最大值变化到在1.50-1.55μm范围内的最小值。
8．按照权利要求6的激光器，其中带隙波长至少变化20nm。
9．按照权利要求6的激光器，其中调制器显现出有斜率的传递函数，此斜率是在最大值与最小值之间的1-5dB/V范围内。
10．按照权利要求6的激光器，其中半导体材料包括InGaAsP。
11．一种制成光调制器(13)的方法，包括有选择地在衬底上生长一层波导半导体材料(14)，其中掩模(30-33)用于确定生长的区域，其特征是，掩模的宽度(W＇)是沿着一个选自通过调制器的光传播路径(Z)和垂直于该光传播路径的路径(X)的方向变化。
12．按照权利要求11的方法，其中掩模的宽度的变化量至少为2μm。
13．按照权利要求11的方法，其中此层是用汽相淀积方法生成的。
14．按照权利要求11的方法，其中掩模包括二氧化硅。
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