DE102015110657B4

DE102015110657B4 - Eine integrierte optoelektronische Vorrichtung, die einen Mach-Zehnder-Modulator und einen oberflächenemittierenden Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) aufweist

Info

Publication number: DE102015110657B4
Application number: DE102015110657.4A
Authority: DE
Inventors: Chung-Yi Su
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2035-07-03
Also published as: JP2016015480A; US20160006213A1; KR20160004216A; DE102015110657A1; US9281661B2

Abstract

Eine optoelektronische Vorrichtung (1), aufweisend: ein Substrat (8); einen ersten oberflächenemittierenden Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) (2), der auf dem Substrat (8) angebracht ist und aufweisend einen ersten distribuierten Bragg-Reflektor (DBR) (4), der über dem Substrat (8) angebracht ist, einen ersten Quantentopfbereich (QW-Bereich) (5), der über dem ersten DBR (4) angebracht ist, einen zweiten DBR (3), der über dem ersten QW-Bereich (5) angebracht ist, und einen ersten Reflektor, der über dem zweiten DBR (4) gegenüber dem Substrat (8) angebracht ist, wobei der erste Reflektor (6) Licht, das von dem ersten VCSEL (2) erzeugt wird, zurück in die optoelektronische Vorrichtung (1) hinein reflektiert; und einen Mach-Zehnder-Modulator (MZM) (10), der horizontal neben dem ersten VCSEL (2) in die optoelektronische Vorrichtung (1) hinein integriert ist, wobei der MZM (10) Licht empfängt, das von dem ersten VCSEL (2) erzeugt wird, und das empfangene Licht moduliert, um ein moduliertes optisches Signal zu erzeugen, wobei der MZM (10) einen zweiten Reflektor (7) aufweist, der in oder auf dem MZM (10) angebracht ist und das Licht, das von dem ersten VCSEL (2) empfangen wird, daran hindert, durch eine obere Oberfläche (17) des MZM (10) zu gelangen; wobei der erste und zweite Reflektor (6, 7) unterschiedliche Abschnitte eines einzigen Reflektors sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf oberflächenemittierende Laser mit vertikaler Kavität (engl. „vertical cavity surface emitting lasers”) (VCSELs). Die Erfindung bezieht sich spezifischer auf einen VCSEL und einen Mach-Zehnder-Modulator, die zusammen in einem integrierten Schaltkreis (IC) integriert sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
VCSEL-Vorrichtungen sind Laserdiodenvorrichtungen, die in einer Vielfalt von Anwendungen verwendet werden, um optische Signale zu erzeugen. In optischen Kommunikationsnetzwerken werden VCSEL-Vorrichtungen zum Beispiel oft zum Erzeugen optischer Informationssignale verwendet, die über optische Faser des Netzwerks transmittiert werden. Die geläufigste Konfiguration von einem VCSEL ist eine, die ein n-leitendes Substrat, einen n-leitenden distribuierten Bragg-Reflektor (DBR) (den unteren DBR), welcher an der oberen Oberfläche des Substrats angebracht ist, einen aktiven Bereich, welcher typisch mehrere Quantentopfschichten (QW-Schichten) aufweist, die oben auf dem n-leitenden DBR angebracht sind, einen p-leitenden DBR (den oberen DBR), welcher oben auf den QW-Schichten angebracht ist, einen ohmschen N-Kontakt und einen ohmschen P-Kontakt aufweist. Der ohmsche N-Kontakt und der ohmsche P-Kontakt entsprechen den Anschlüssen des VCSEL.
Wenn ein elektrisches Potential über die Anschlüsse angelegt wird, werden Elektronen von den n-leitenden Schichten, die benachbart zu den QW-Schichten sind, und Löcher von den p-leitenden Schichten, die benachbart zu den QW-Schichten sind, in den aktiven Bereich hinein injiziert, wo sie sich kombinieren, um Fotonen zu erzeugen. Dieses Kombinieren von Löchern und Elektronen in dem aktiven Bereich, um Fotonen zu erzeugen, ist ein Phänomen, das als spontane Emission bekannt ist. Während die Fotonen aus dem aktiven Bereich austreten, werden sie wiederholt von dem oberen und unteren DBR zurück in den aktiven Bereich hinein reflektiert, was zu weiterer Rekombination von Elektronen und Löchern in dem aktiven Bereich führt. Dies ist ein Phänomen, das als stimulierte Emission bekannt ist. Das wiederholte Reflektieren von Fotonen zurück in den aktiven Bereich hinein durch die DBR stellt die „pumpende” Wirkung bereit, die zum Lasern führt.
Die Geschwindigkeit, bei der ein VCSEL getrieben oder moduliert werden kann, ist letztendlich von dem Beginn der Relaxationsschwingung limitiert, die inhärent zum Betreiben des VCSEL ist. Die Relaxationsschwingung ist eine Manifestation der Energie, die zwischen den gesamten Populationen von Fotonen und Trägern ausgetauscht wird, wenn der Laser von einem Steady-State-Zustand gestört wird. Dieser Energieaustausch führt zu einer gedämpften Schwingung der optischen Ausgabeleistung bei der Frequenz der Relaxationsschwingung. Die Frequenz der Relaxationsschwingung ist eine Funktion der Quadratwurzel des Laser-Biss-Stromes. Generell ist die Frequenz der Relaxationsschwingung, f_R, für einen gegebenen Bias-Strom bzw. Vorspannungsstrom zu der maximalen Bandweite der Modulationsfrequenz relatierbar, bei der eine Laserdiode getrieben werden kann, definiert durch die Leistungszahl bzw. Gütezahl f_3dB durch den Ausdruck: f_3dB ~ 1,55·f_R.
Folglich ist die 3-decibel (dB) Modulationsbandweite der Laserdiode auf einen Wert von etwa 1,55-mal der Frequenz der Relaxationsschwingung limitiert.
In direkt modulierten VCSELs ist f_R auf weniger als 30 Gigahertz (GHz) aufgrund von Begrenzungen in Fotondichte limitiert, die zum großen Teil eine Folge von Zuverlässigkeitsanforderungen für die Vorrichtung und Material-Differenzverstärkungssättigung (engl. „material differential gain saturation”) sind. Da f_R sich mit dem Bias-Strom des VCSEL ändert, ist es zusätzlich schwierig, Ausgleichsschemen zu verwenden, um die Datenrate für Großsignal-Digitalmodulationsschemen zu erweitern, wie zum Beispiel die Non-Return-to-Zero (NRZ) und Pulsamplitudenmodulation (PAM) 4 Modulationsschemen.
Indirekt modulierte VCSELs haben nicht die obige Limitierungen auf f_R, aber sie geben Anlass zu anderen Problemen. Zum Beispiel sind vertikal integrierte Elektroabsorptions-(EA)-Modulatoren zu dünn, um ein verwendbares Extinktionsverhältnis (ER) zu erzeugen. Vertikal integrierte elektrooptische (EO) Modulatoren neigen dazu, mit der Operation bzw. Arbeit des unterliegenden VCSEL zu interferieren, und haben deswegen sehr begrenzte Modulationsumfänge.
Ein horizontal integrierter EA-Modulator löst zwar die mit den vertikal integrierten EA- und EO-Modulatoren verbundenen Problemen, aber er entfernt nicht die inhärenten Begrenzungen eines EA-Modulators hinsichtlich Wellenlängenabhängigkeit von ER und des Trade-Offs zwischen dieser Charakteristik und Einfügungsverlust, was EA-Modulatoren weniger geeignet für die Verwendung mit Großsignalmodulationsschemen macht, die Multilevel-Signalcodierung umfassen.
US 2011/158278 A1 beschreibt einen Silizium-Vertikal-Hohlraumlaser mit in-plane-Kopplung, der ein Wafer-Bonden eines aktiven III-V-Halbleitermaterials über einem Gitterkoppler umfasst, der auf einem Silizium-auf-Isolator(SOI)-Wafer hergestellt ist. Dieses Bonden erfordert keine Ausrichtung, da die gesamte Siliziumverarbeitung vor dem Bonden durchgeführt werden kann und die gesamte III-V-Verarbeitung nach dem Bonden durchgeführt werden kann. Der Gitterkoppler funktioniert zum Koppeln des vertikal emittierten Lichts von dem hybriden vertikalen Hohlraum in einen auf einem SOI-Wafer gebildeten Siliziumwellenleiter hinein.
Lin, H. C. et al.: „Monolithic Integration of VCSELs with a Horizontal Waveguide Grating Coupler”, 2005 Conference an Lasers & Electro-Optics (CLEO), Seiten 1384–1386 (2005) und US 2007/195847 A1 beschreiben weitere bekannte optoelektronische Vorrichtungen.
Es wäre wünschenswert, einen VCSEL mit einem horizontal integrierten Modulator bereitzustellen, der das oben erwähnte Problem des horizontal integrierten EA-Modulators überwindet und die Vorteile des horizontal integrierten EA-Modulators hinsichtlich des Überwindens der ER- und Modulationsumfangsprobleme haben, die mit den vertikal integrierten EA- und EO-Modulatoren verbunden sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt eine integrierte optoelektronische Vorrichtung bereit, die einen VCSEL und einen Mach-Zehnder-Modulator aufweist, die zusammen in einem IC integriert sind. Gemäß einer Ausführungsform weist die optoelektronische Vorrichtung ein Substrat, einen ersten VCSEL und einen Mach-Zehnder-Modulator (MZM) auf. Der erste VCSEL ist auf dem Substrat angebracht. Der erste VCSEL weist einen ersten DBR, der über dem Substrat angebracht ist, einen ersten QW-Bereich, der über dem ersten DBR angebracht ist, einen zweiten DBR, der über dem ersten QW-Bereich angebracht ist, und einen ersten Reflektor auf, der über dem zweiten DBR gegenüber dem Substrat angebracht ist. Der erste Reflektor reflektiert Licht, das von dem ersten VCSEL erzeugt wird, zurück in die optoelektronische Vorrichtung hinein. Der MZM ist horizontal neben dem ersten VCSEL in der optoelektronische Vorrichtung hinein integriert. Der MZM empfängt Licht, das von dem ersten VCSEL erzeugt wird, und moduliert das empfangene Licht, um ein moduliertes optisches Signal zu erzeugen. Der MZM weist einen zweiten Reflektor auf, der in oder auf dem MZM angebracht ist und das Licht, das von dem ersten VCSEL empfangen wird, daran hindert, durch eine obere Oberfläche des MZM zu gelangen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die optoelektronische Vorrichtung ein Substrat, einen ersten VCSEL, einen MZM und eine Ausgangskavität auf. Der erste VCSEL ist auf dem Substrat angebracht. Der erste VCSEL weist einen ersten DBR, der über dem Substrat angebracht ist, einen ersten QW-Bereich, der über dem ersten DBR angebracht ist, einen zweiten DBR, der über dem ersten QW-Bereich angebracht ist, und einen ersten Reflektor auf, der über dem zweiten DBR und dem MZM gegenüber dem Substrat angebracht ist. Der erste Reflektor reflektiert Licht, das von dem ersten VCSEL erzeugt wird, zurück in die optoelektronische Vorrichtung hinein. Der MZM ist horizontal neben dem ersten VCSEL in der optoelektronische Vorrichtung hinein integriert. Der MZM empfängt Licht, das von dem ersten VCSEL erzeugt wird, und moduliert das empfangene Licht, um ein moduliertes optisches Signal zu erzeugen. Der MZM weist einen zweiten Reflektor auf, der in oder auf dem MZM angebracht ist und das Licht, das von dem ersten VCSEL empfangen wird, daran hindert, durch die obere Oberfläche des MZM zu gelangen. Die Ausgangskavität ist neben dem MZM und gegenüberliegend von dem ersten VCSEL horizontal in der optoelektronischen Vorrichtung hinein integriert. Die Ausgangskavität empfängt das modulierte optische Signal, das aus dem MZM austritt, und leitet das modulierte optische Signal aus der optoelektronischen Vorrichtung hinaus in eine Richtung, die parallel zu einer optischen Achse der Ausgangskavität ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die optoelektronische Vorrichtung ein Substrat, einen ersten VCSEL, einen MZM und eine Ausgangskavität auf. Der erste VCSEL ist auf dem Substrat angebracht. Der erste VCSEL weist einen ersten DBR, der über dem Substrat angebracht ist, einen ersten QW-Bereich, der über dem ersten DBR angebracht ist, einen zweiten DBR, der über dem ersten QW-Bereich angebracht ist, und einen ersten Reflektor auf, der über dem zweiten DBR gegenüber dem Substrat angebracht ist. Der erste Reflektor reflektiert Licht, das von dem ersten VCSEL erzeugt wird, um einen kleinen, von Null verschiedenen Winkel relativ zu einer Normale zu der unteren Oberfläche des ersten Reflektors. Der MZM ist horizontal neben dem ersten VCSEL in der optoelektronische Vorrichtung hinein integriert. Der MZM empfängt das Licht, das um den kleinen, von Null verschiedenen Winkel reflektiert wurde. Das Licht propagiert durch den MZM, wobei es von oberen und unteren DBRs des MZM um den kleinen Winkel reflektiert wird. Der MZM moduliert das empfangene Licht, um ein moduliertes optisches Signal zu erzeugen. Der MZM weist einen zweiten Reflektor auf, der in oder auf dem MZM angebracht ist und verhindert, dass das Licht, das von dem ersten VCSEL empfangen wird, durch die obere Oberfläche des MZM gelangt. Die Ausgangskavität ist neben dem MZM und gegenüberliegend von dem ersten VCSEL horizontal in der optoelektronischen Vorrichtung hinein integriert. Die Ausgangskavität empfängt das modulierte optische Signal, das aus dem MZM austritt, und leitet das modulierte optische Signal aus der optoelektronischen Vorrichtung hinaus in eine Richtung, die parallel zu einer optischen Achse der Ausgangskavität ist.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung und die nachfolgenden Zeichnungen und Ansprüche deutlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1A stellt eine Draufsicht von einer integrierten optoelektronischen Vorrichtung dar, die einen VCSEL und einen horizontal integrierten MZM aufweist, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform.
Die 1B stellt eine Seitenansicht der integrierten optoelektronischen Vorrichtung 1 dar, die in der 1 gezeigt ist.
Die 2 ist eine grafische Darstellung mit einer ersten und einer zweiten Kurve, die eine Änderung in optischer Absorption als Funktion von Fotonenenergie in dem MZM zeigen, der in den 1A und 1B gezeigt ist, jeweils mangels eines elektrischen Feldes und in Gegenwart von einem elektrischen Feld.
Die 3 ist eine grafische Darstellung mit einer ersten und einer zweiten Kurve, die eine Änderung in Refraktionsindex als Funktion von Fotonenenergie in dem MZM zeigen, der in den 1A und 1B gezeigt ist, jeweils mangels eines elektrischen Feldes und in Gegenwart von einem elektrischen Feld.
Die 4 stellt eine Draufsicht der integrierten optoelektronischen Vorrichtung dar, die in der 1 gezeigt ist, wobei die Elektroden des MZM mit einer ersten und einer zweiten AC-Stromversorgung verbunden sind, um Push-Pull-Vorspannen durchzuführen.
Die 5 stellt eine Draufsicht der integrierten optoelektronischen Vorrichtung dar, die in der 1 gezeigt ist, wobei die Elektroden des in den 1A und 1B gezeigten MZM mit der in der 4 gezeigten ersten AC-Stromversorgung verbunden sind, um einen der Arme des MZM asymmetrisch vorzuspannen.
Die 6 stellt ein Flussdiagramm dar, das das Verfahren gemäß einer Ausführungsform repräsentiert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
Gemäß veranschaulichenden Ausführungsformen weist eine optoelektronische Vorrichtung einen Mach-Zehnder-Modulator (MZM) auf, der mit einem VCSEL horizontal integriert ist. Der horizontal integrierte MZM baut auf eine Differenz zwischen Phasenverschiebungen, die von den zwei Armen des MZM produziert und durch Anlegen eines modulierten elektrischen Feldes an die Arme bewirkt wird, um die kontinuierliche-Welle-(CW)-Lichtausgabe von dem integrierten VCSEL zu modulieren. Durch das Bauen auf diese Phasendifferenz, um die kontinuierliche-Welle-(CW)-Lichtausgabe von dem integrierten VCSEL zu modulieren, überwindet der horizontal integrierte MZM das vorher erwähnte Wellenlänge-Abhängigkeitsproblem des horizontal integrierten EA-Modulators und weist dennoch die gleichen Vorteile auf, wie der horizontal integrierte EA-Modulator, in Bezug auf das Überwinden der ER- und Modulationsbereich-Probleme, die mit den vertikal integrierten EA- und EO-Modulatoren verbunden sind. Durch das Überwinden aller diesen Probleme mit den existierenden integrierten Modulatoren wird die Betriebsgeschwindigkeit des VCSEL erhöht und der Modulationssignalbereich des VCSEL wird erweitert, um eine größere Auswahl an Modulationssignalen und Modulationsschemen zu erlauben, einschließlich Großsignal-Digital-Modulationsschemen.
Eine veranschaulichende Ausführungsform des VCSEL mit dem horizontal integrierten MZM wird jetzt mit Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente, Merkmale und Bauteile repräsentieren. Es sollte beachtet werden, dass es nicht beabsichtigt wurde, Merkmale, Elemente und Bauteile in den Zeichnungen maßstabgetreu zu zeichnen.
Die 1A stellt eine Draufsicht von einer integrierten optoelektronischen Vorrichtung 1 dar, die einen VCSEL und einen horizontal integrierten MZM aufweist, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Die 1B stellt eine Seitenansicht der integrierten optoelektronischen Vorrichtung 1 dar, die in der 1A gezeigt ist. Bevor das Betriebsprinzip der integrierten optoelektronischen Vorrichtung 1 beschrieben wird, wird die Struktur der Vorrichtung 1 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform mit Bezugnahme auf die 1A und 1B beschrieben werden.
Vertikale gestrichelte Linien, die über die Vorrichtung 1 in den 1A und 1B gezeichnet sind, unterteilen die Vorrichtung 1 horizontal in verschiedene Bereiche. Der Bereich I weist einen Monomode- oder Multimode-VCSEL 2 von einer Art auf, die in der Industrie wohl bekannt ist. Der VCSEL 2 weist einen oberen DBR 3 auf, der aus einer Mehrzahl von Schichten aufgebaut ist, die abwechselnd aus Material mit hohem und niedrigem Refraktionsindex bestehen. Der VCSEL 2 weist einen unteren DBR 4 auf, der aus einer Mehrzahl von Schichten aufgebaut ist, die abwechselnd aus Material mit hohem und niedrigem Refraktionsindex bestehen. Der VCSEL 2 weist einen Quantentopfbereich (QW-Bereich) 5 auf, der zwischen dem oberen DBR 3 und dem unteren DBR 4 eingelegt ist. Die obere Oberfläche des VCSEL 2 ist mit einer Schicht 6 aus hoch reflektierendem Material bedeckt, wie zum Beispiel Metall, die verhindert, dass Licht von der oberen Seite des VCSEL 2 emittiert wird. Der VCSEL 2 weist eine Strom-Confinement-Struktur und eine optische Confinement-Struktur auf, die die Emission von Licht innerhalb des Bereichs I, der durch die gestrichelten Linien definiert ist, seitlich bzw. lateral begrenzt. Zur Klarheit sind die Strom-Confinement-Struktur und die optische Confinement-Struktur nicht gezeigt. Die optische Confinement-Struktur von 2 ist an dem Übergang zwischen den Bereichen I und 2 unterbrochen, um es einem Teil des Laserlichts im VCSEL 2 zu erlauben, in den Bereich II hinein zu lecken.
Da der Lasermode den VCSEL 2 im Wesentlichen in die vertikale Richtung durchläuft, propagiert das in den Bereich II hinein geleckte Licht bei einem sehr kleinen Winkel relativ zu einer Normale zu der Ebene der Schicht 6. Der Reflexionswinkel erstreckt sich von 0° bis ungefähr 20° und ist typisch kleiner oder gleich ungefähr 12°. Die Vorteile von diesem kleinen Reflexionswinkel werden unten mit Bezug auf das Arbeitsprinzip der Vorrichtung 1 detailliert beschrieben. Viele verschiedene Kombinationen von Materialien mögen für den oberen und unteren DBR 3 und 4 verwendet werden, inklusive p- oder n-dotierter Halbleitermaterialien oder dielektrischen Materialien. In ähnlicher Weise mögen viele mögliche Kombinationen von Materialien für die Schichten verwendet werden, die den QW-Bereich 5 bilden. Viele mögliche Anordnungen von Elektroden (die zum Zwecke der Klarheit nicht gezeigt sind) können zum Vorspannen (engl. „biasing”) des VCSEL 2 verwendet werden. Es gibt auch viele Möglichkeiten zum Realisieren der elektrischen und optischen Confinement-Bereiche des VCSEL 2.
Die Schichten, die die DBRs 3 und 4 und den QW-Bereich 5 bilden, sind typischerweise durch Verwendung von bekannten epitaktische Verfahren gewachsen bzw. hergestellt. Die Kombination von diesen Schichten wird hierin als die epitaktische Struktur oder die Epi-Struktur bezeichnet. Die Epi-Struktur ist auf der oberen Oberfläche eines Substrats 8 gewachsen, das aus einem n-leitenden Material, einem p-leitenden Material oder einem halb isolierenden Material gebildet sein mag. Der VCSEL 2 weist zumindest eine Apertur auf, mag aber mehrere Aperturen aufweisen, um die optische Leistung des Lichts zu erhöhen, das letztlich aus dem VCSEL in den Bereich II hinein geleitet wird. Der Bereich II weist eine VCSEL-zu-MZM-Kopplung 9 auf. Die VCSEL-zu-MZM-Kopplung 9 ist eine Eingangs-Y-Verzweigung von einem standardmäßigen Mach-Zehnder-Interferometer mit seitlichen optischen Confinement-Zweigen 9a und 9b (das heißt Refraktionsindex-Führungszweigen (engl. „refractive index guiding branches”)), die durch den gleichen Herstellungsschritt gebildet sein mögen, durch den die seitlichen optischen Confinement-Bereiche des VCSEL 2 gebildet sind. Der Bereich II wird typischerweise einem Ionenimplantationsschritt ausgesetzt, um den Bereich II von dem Bereich I elektrisch zu isolieren. Während eine einzige optische Kopplung 9c gezeigt ist, die den VCSEL 2 an die Zweige 9a und 9b der Y-Verzweigung koppelt, falls der VCSEL 2 mehrere Aperturen aufweist, dann werden die gleiche Anzahl von optischen Kopplungen, wie es Aperturen gibt, den VCSEL 2 an die Zweige 9a und 9b der Y-Verzweigung koppeln bzw. verbinden. Die VCSEL-zu-MZM-Kopplung 9 und der VCSEL 2 mögen sich die gleiche Epi-Struktur teilen.
Der Bereich III weist den MZM 10 auf. Die schraffierten Kasten 11a bis 11c in diesem Bereich repräsentieren die Elektroden, die zum Anlegen von elektrischen Potentialen über den MZM 10 verwendet werden, wie es unten mit Bezug auf das Arbeitsprinzip der Vorrichtung 1 beschrieben wird. Die Elektroden 11a bis 11c mögen in einer Vielfalt von unterschiedlichen Anordnungen angeordnet sein, zum Beispiel symmetrisch, asymmetrisch, einpolig (engl. „single-ended”), Push-Pull etc., wie es von Fachleuten auf dem Gebiet verstanden wird. Der MZM 10 weist Mach-Zehnder optische Confinement-Arme 10a und 10b auf, die optische Wellenleiter sind. Die Arme 10a und 10b weisen jeweilige erste Enden auf, die an der Schnittstelle der Bereiche II und III jeweils mit dem optischen Confinement-Zweig 9a und 9b verbunden sind. Der MZM 10 und der VCSEL 2 mögen sich die gleiche Epi-Struktur teilen, die auch mit der VCSEL-zu-MZM-Kopplung 9 geteilt werden mag. Alternativ mag der MZM 10 eine separate, selektiv gewachsene Epi-Struktur aufweisen. Der größte oder ganze Teil der oberen Oberfläche des MZM 10, einschließlich der Oberfläche über der VCSEL-zu-MZM-Kopplung 9, den Armen 10a und 10b, den Elektroden 11a bis 11c und einer MZM-zu-Ausgangskavitätskopplung 12, ist mit einer Schicht aus hoch reflektierendem Material 7 gedeckt, um das Laserlicht daran zu hindern, in diesen Bereichen durch die obere Oberfläche der Vorrichtung 1 zu propagieren.
Die Schicht 7, falls sie als eine Metallschicht implementiert ist, mag oder mag nicht mit den Elektroden 11a und 11b oder mit den Elektroden 11b und 11c verbunden sein. Wenn die Schicht 7 nicht mit einer oder mehreren von den Elektroden 11a bis 11c verbunden ist, mag die Schicht 7 sich über den oberen Teil des VCSEL 2 erstrecken, wodurch sie das Bedürfnis nach der reflektierenden Schicht 6 eliminiert. Obwohl die Schichten 6 und 7 als separate Schichten gezeigt sind, mögen sie somit in einigen Fällen unterschiedliche Abschnitte von der gleichen Schicht oder von den gleichen Schichten sein.
Der Bereich IV ist eine MZM-zu-Ausgang-Kavitätskopplung 12, die gleich der VCSEL-zu-MZM-Kopplung 9 sein mag. Die MZM-zu-Ausgang-Kavitätskopplung 12 ist eine Ausgangs-Y-Verzweigung von einem standardmäßigen Mach-Zehnder-Interferometer mit seitlichen optischen Confinement-Zweigen 12a und 12b (das heißt Refraktionsindex-Führungszweigen), die durch den gleichen Herstellungsschritt gebildet sein mögen, durch den die seitlichen optischen Confinement-Bereiche des VCSEL 2 und die Zweige 9a und 9b der VCSEL-zu-MZM-Kopplung 9 gebildet sind. Jeweilige erste Enden von den Zweigen 12a und 12b sind mit jeweiligen zweiten Enden von den Armen 10a und 10b verbunden, und jeweilige zweite Enden von den Zweigen 12a und 12b sind mit einer optischen Ausgangsverbindung 12c an der Schnittstelle zwischen den Bereichen IV und V verbunden.
Der Bereich V weist eine Ausgangskavität 15 auf, die eine Epi-Struktur haben mag, die gleich der Epi-Struktur des VCSEL 2 ist, mit der Ausnahme, dass die Ausgangskavität 15 seitliche optische Confinement-Bereiche haben mag, die sich hinsichtlich Größe und/oder Form von den seitlichen optischen Confinement-Bereichen des VCSEL 2 unterscheiden mögen, um zu fördern, dass das Licht in eine einzige Richtung propagiert, wenn es in die Ausgangskavität 15 eintritt. Die Ausgangskavität 15 mag nicht vorgespannt (engl. „unbiased”) sein, in welchem Falle sie passiv Licht in vertikale Emission in Richtung des Pfeils 16 weiterleitet. Alternativ mag die Ausgangskavität 15 positiv vorgespannt sein, um zu bewirken, dass sie das vom MZM 10 empfangene Licht verstärkt. Falls die Ausgangskavität 15 vorgespannt ist, wird sie (zur Klarheit nicht gezeigte) Elektroden aufweisen, um ein elektrisches Potential an die Ausgangskavität 15 anzulegen. Wie mit den Elektroden des VCSEL 2 mögen die Elektroden der Ausgangskavität 15 in einer Vielfalt von Anordnungen angeordnet sein. Die obere Oberfläche 17 von der Ausgangskavität 15 ist ungedeckt gelassen, um eine vertikale Emission von dem Licht zu gestatten.
Die 2 ist eine graphische Darstellung mit einer ersten Kurve 25 und einer zweiten Kurve 27, die eine Änderung in optischer Absorption als eine Funktion von Fotonenenergie in dem MZM 10 zeigen, jeweils mangels eines elektrischen Feldes und in Gegenwart von einem elektrischen Feld. Diese Änderung in optischer Absorption als eine Funktion von Fotonenenergie ist ein Phänomen, das als der Quantum-Confined-Stark-Effekt (QCSE) bekannt ist. Die 3 ist eine graphische Darstellung mit einer ersten Kurve 31 und einer zweiten Kurve 33, die eine Änderung in Refraktionsindex als eine Funktion von Fotonenenergie in dem MZM 10 zeigen, jeweils mangels eines elektrischen Feldes und in Gegenwart von einem elektrischen Feld. Diese Änderung in Refraktionsindex, die vorkommt, wenn ein elektrisches Feld appliziert wird, ist eine Relation, die als die Kramers-Kronig-Relation bekannt ist.
Das Arbeitsprinzip der integrierten optoelektronischen Vorrichtung 1 wird jetzt mit Bezugnahme auf die 1A bis 3 beschrieben. Der Lichtstrahlt in dem VCSEL 2 ist nahezu senkrecht zu der hoch reflektierenden Schicht 6, er weicht mit nur einem kleinen Winkel α relativ zu der Normale zur Schicht 6 ab. Wie oben angeführt, ist dieser Winkel zwischen 0° und ungefähr 20° und er ist typischer kleiner oder gleich ungefähr 12°. Die Pfeile 21 in der 1B repräsentieren die Reflektionen des Lichts von dem oberen und unteren DBR 3 und 4 während die DBRs 3 und 4 die Pumpenarbeit ausführt, die letztlich zum Lasern führt. Die Pfeile 22 repräsentieren das Licht, das letztlich mit dem Winkel α in die einzige optische Kopplung 9c der VCSEL-zu-MZM-Kopplung 9 hinein reflektiert wird und dann auf einem Zig-Zag-Pfad durch die Vorrichtung 1 fortsetzt. Bei der Herstellung des VCSEL 2 ist eine Öffnung oder Lücke in dem normalerweise kontinuierlichen optischen Confinement-Bereich des VCSEL 2 gebildet, die erlaubt, dass das vom Pfeil 22 repräsentierte Licht seitlich abgezogen wird, um die optische Kopplung 9c der Eingang-Y-Verzweigung 9 zu speisen.
Das aus dem VCSEL 2 abgezogene Licht bewahrt die essentiellen „vertikalemittierenden” Eigenschaften des optischen Modes des VCSEL, und propagiert deswegen seitlich durch die Vorrichtung 1 entlang eines relativ langen Zig-Zag-Pfads. Das seitliche Propagieren des Lichts entlang des langen Zig-Zag-Pfads führt dazu, dass das Licht eine langsame effektive seitliche Gruppengeschwindigkeit aufweist. Dieses „langsame Licht” gestattet, dass eine lange optische Pfadlänge innerhalb einer kurzen physischen Länge der Vorrichtung 1 realisiert wird. Die kurze physische Länge der Vorrichtung 1 führt zu einer kleinen Kapazität, die zu einer großen Modulationsbandweite für die Vorrichtung 1 führt.
Der QW-Bereich des MZM 10 hat eine optische Absorptionsschwellenwertwellenlänge, die durch Anlegen eines elektrischen Felds über die Arme 10a und 10b verschoben wird. Wie oben angeführt, ist diese Verschiebung der optischen Absorptionsschwellenwertwellenlänge, die von dem Anölegen des elektrischen Felds verursacht ist, das QCSE-Phänomen. Wieder mit Bezug auf die 2 ist die Kurve 27 eine verschobene Version der Kurve 25, was das Auftreten von QCSE zeigt. Die Verschiebung in der Kurve 25, die in der 2 gezeigt ist, entspricht einer Verschiebung der optischen Absorptionsschwellenwertwellenlänge in dem QW-Bereich, die in dem QW-Bereich des MZM 10 vorkommt, wenn das elektrische Feld an die Elektroden 11a bis 11c angelegt wird.
Wieder mit Bezug auf die 3 ist die Kurve 33 eine verschobene Version der Kurve 31. Die Fotonenenergie, bei der die Vorrichtung arbeitet, ist die gleiche für die Kurven 31 und 33, aber der Refraktionsindex in dem Arbeitspunkt der Vorrichtung ist unterschiedlich für die Kurven 31 und 33. Dies zeigt die Änderung des Refraktionsindexes Δn, die in dem MZM 10 auftritt, wenn das elektrische Feld angelegt wird, in Übereinstimmung mit der Kramer-Kronig-Relation.
Die Änderung des Refraktionsindexes führt zu einer Phasenänderung für Licht, das sich in einer der Arme 10a und 10b des MZM 10 oder in beiden fortpflanzt, abhängig davon, ob die Bias-Spannung bzw. Vorspannungsspannung über einen der Arme 10a und 10b oder über beiden angelegt ist. Die Phasenänderung führt zu einer Phasenänderungsdifferenz zwischen den beiden Armen 10a und 10b des MZM 10. Die Phasenänderungsdifferenz produziert Interferenzen und Intensitätsmodulation in der optischen Ausgangskopplung 12c der Y-Verzweigung 12, wo das Licht von den zwei Armen 10a und 10b sich trifft. Die Phasenänderungsdifferenz zwischen den zwei Armen 10a und 10b, die aufgrund der Änderung in Refraktionsindex, die von dem Anlegen eines elektrischen Felds bewirkt wird, akkumuliert wird, mag in vielen Arten und Weisen erreicht werden. Zum Beispiel kann dies durch verschiedene Anordnungen von den Elektroden 11a bis 11c und/oder durch verschiedene Vorspannungsschemen für die Elektroden 11a bis 11c und/oder durch Differenzen zwischen den Längen der Arme 10a und 10b, wie es unten mit Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben wird, erreicht werden.
Die 4 stellt eine Draufsicht der integrierten optoelektronischen Vorrichtung 1 dar, die in der 1 gezeigt ist, wobei die Elektroden 11a bis 11c des MZM 10 zu einer ersten und einer zweiten Wechselstromversorgung (AC-Stromversorgung) 41 und 42 verbunden sind. Die AC-Stromversorgung 41 ist durch eine erste Leitung 43 und eine zweite Leitung 44 jeweils mit Elektroden 11a und 11b verbunden. Die AC-Stromversorgung 42 ist durch eine erste Leitung 45 und eine zweite Leitung 46 jeweils mit Elektroden 11b und 11c verbunden. Die AC-Stromversorgung 41 legt eine AC-Bias-Spannung an die Elektroden 11a und 11b an, die eine Spannungsdifferenz über den Arm 10a erzeugt, der eine erste Polarität hat. Die AC-Stromversorgung 42 legt eine AC-Bias-Spannung an die Elektroden 11b und 11c an, die eine Spannungsdifferenz über den Arm 10b erzeugt, der eine erste Polarität hat, die 180° außer Phase von der ersten Polarität ist.
Diese Konfiguration von den Stromversorgungen 41 und 42 und den Elektroden 11a bis 11c wird nachstehend als eine Push-Pull-Vorspannungskonfiguration bezeichnet. Gemäß dieser veranschaulichenden Ausführungsform haben die Arme 10a und 10b die gleiche Länge. Wenn die Arme 10a und 10b die gleiche Länge haben, wird der MZM 10 nachfolgend als symmetrisch zu sein bezeichnet.
Die Push-Pull-Vorspannungskonfiguration maximiert die Differenz der Phasenverschiebungen zwischen den Armen 10a und 10b und ermöglicht somit, dass die gewünschte Menge von Lichtmodulation in dem MZM 10 realisiert wird, wobei die Arme 10a und 10b kürzere Längen haben, als sie sonst sein würden, wenn nur ein von den zwei Armen 10a und 10b von der elektrischen Modulationssignal getrieben wird, das an die Elektroden 11a, 11b und/oder 11c angelegt wird. Der lange optische Zig-Zag-Pfad des Lichts, der mit dem Pfeil 22 in der 1B gekennzeichnet ist, erhöht auch die optische Absorption in dem MZM 10, was letztlich zu einer größeren Phasenänderung für das Licht führt, das in den Armen 10a und 10b propagiert. Die Kombination von allen diesen Faktoren stellt sicher, dass es ein hohes Maß an Interferenz und Modulation von dem Licht gibt, indem es in die optische Ausgangskopplung 12c der Y-Verzweigung 12 hineintritt.
Wieder mit Bezug auf die 1A und 1B, da das modulierte Licht, das aus der Ausgangs-Y-Verzweigung 12 austritt und in die Ausgangskavität 15 hineintritt, entlang des Zig-Zag-Pfades bei sehr kleinen Winkeln relativ zu der Normale zu der oberen Oberfläche 17 des Ausgangskavität 15 propagiert, koppelt das Licht effizient in die vertikale Emissionsmodi der Ausgangskavität 15 hinein. Die Ausgangskavität 15 mag nicht vorgespannt sein, in welchem Falle die Ausgangskavität 15 das Licht in vertikale Emission (das heißt Emission in die Richtung des Pfeils 16 in der 1B) passiv weiterleitet. Alternativ kann die Ausgangskavität 15 eine positive Vorspannung haben, in welchem Falle die Ausgangskavität 15 als ein optischer Verstärker agiert, der das Licht verstärkt, bevor das Licht aus der Ausgangskavität 15 durch die obere Oberfläche 17 von der Ausgangskavität 15 in die Richtung des Pfeils 16 emittiert wird.
Die 5 stellt eine Draufsicht der integrierten optoelektronischen Vorrichtung 1 dar, die in der 1 gezeigt ist, wobei die Elektroden 11a und 11b des in den 1A und 1B gezeigten MZM 10 mit der ersten AC-Stromversorgung 41 durch Leitungen 43 und 44 verbunden sind, um den Arm 10a vorzuspannen. Gemäß dieser veranschaulichenden Ausführungsform sind die Arme 10a und 10b unterschiedlich lang und deswegen hat der MZM 10 eine asymmetrische Konfiguration. Die Arme 10a und 10b mit unterschiedlicher Länge bewirken eine Prä-Vorspannung von der Phasendifferenz, die von den zwei Armen 10a und 10b produziert wird. Diese Prä-Vorspannung kann verwendet werden, um für bestimmte Verfahrensoffsets zu kompensieren oder um eine zusätzliche Phasendifferenz zu produzieren, falls das Anlegen des elektrischen Felds nicht die gewünschte oder benötigte volle 180° Phasendifferenz produziert. Der Nachteil einer solchen Armlängendifferenz ist, dass sie eine stärkere Wellenlängenabhängigkeit produziert. Aus diesem Grund werden Bemühungen typisch gemacht, um selbst kleine Armlängendifferenzen zu vermeiden, wenn die Push-Pull-Vorspannungskonfiguration der 4 verwendet wird.
Die Stromversorgung 41 legt eine AC-Bias-Spannung an die Elektroden 11a und 11b an, die eine Spannungsdifferenz über den Arm 10a erzeugt. Diese asymmetrische Vorspannungskonfiguration verstärkt die optische Absorptionsänderung in dem MZM 10 durch QCSE, was sich als eine Veränderung des Refraktionsindexes in dem MZM 10 in Übereinstimmung mit der Kramer-Konig-Relation manifestiert. Wie oben angeführt, akkumuliert die Änderung des Refraktionsindexes als eine große Phasenänderung in dem Licht, das sich in dem Arm 10a bewegt. Diese Phasenänderung in Kombination mit der Phasenänderung, die durch die unterschiedliche Armlänge verursacht wird, führt dazu, dass das Licht idealerweise 180° außer Phase ist, wenn es aus den Armen 10a und 10b in die Ausgangs-Y-Verzweigung 12 hinein geleitet wird. Diese große Phasendifferenz stellt sicher, dass es ein großes Maß an Interferenz und Intensitätsmodulation in dem Licht gibt, wenn es in die Ausgangskopplung 12c der Ausgangs-Y-Verzweigung 12 hineintritt.
Das modulierte Licht passiert aus der Ausgangs-Y-Verzweigung 12 und in die Ausgangskavität 15 hinein. Wiederum, da das modulierte Licht, das in die Ausgangskavität 15 eintritt, entlang des Zig-Zag-Pfads bei sehr kleinen Winkeln relativ zu der Normale zu der oberen Oberfläche 17 von der Ausgangskavität 15 propagiert, koppelt das Licht effizient in die vertikalen Emissionsmodi von der Ausgangskavität 15 hinein. Wie oben mit Bezug auf die 4 erwähnt, mag die Ausgangskavität 15 nicht vorgespannt oder positiv vorgespannt sein, um jeweils entweder das Licht passiv weiterzuleiten oder um das Licht zu verstärken.
Die 6 stellt ein Flussdiagramm dar, das das Verfahren gemäß einer Ausführungsform repräsentiert, die jetzt beschrieben wird. In einer integrierten optoelektronischen Vorrichtung wird das Licht, das von einem ersten VCSEL produziert wird, in jeweilige erste Enden von einem ersten und zweiten Mach-Zehnder-optischen-Confinement-Arm des MZM hinein optisch gekoppelt, wie es vom Block 51 gekennzeichnet ist. Ein elektrisches Feld wird über einen oder beide Arme angelegt, um eine Phasendifferenz zwischen dem Licht, das sich in den Armen fortpflanzt, zu erzeugen, wie es vom Block 52 gekennzeichnet ist. Das Licht, das in dem ersten und zweiten Arm propagiert, wird dann optisch kombiniert, indem es aus den jeweiligen zweiten Enden des ersten und zweiten Arms heraustritt, um einen modulierten Lichtstrahl zu erzeugen, wie es vom Block 53 gekennzeichnet ist. Eine Ausgangskavität der optoelektronischen Vorrichtung, die eine Epi-Struktur von einem VCSEL hat, koppelt dann den modulierten Lichtstrahl aus der integrierten optoelektronischen Vorrichtung in eine vorbestimmte Richtung, wie es vom Block 54 gekennzeichnet ist.
Es sollte beachtet werden, dass die Erfindung mit Bezug auf einige veranschaulichende Ausführungsformen zum Zwecke der Demonstration von den Prinzipien und Konzepten der Erfindung beschrieben wurde. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, wie es von Fachleuten auf dem technischen Gebiet angesichts der hierein bereitgestellten Offenbarung verstanden wird. Viele Modifizierungen der hierin beschriebenen Ausführungsformen können gemacht werden, und alle solche Modifikationen sind innerhalb des Umfangs der Erfindung.

Claims

Eine optoelektronische Vorrichtung (1), aufweisend: ein Substrat (8); einen ersten oberflächenemittierenden Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) (2), der auf dem Substrat (8) angebracht ist und aufweisend einen ersten distribuierten Bragg-Reflektor (DBR) (4), der über dem Substrat (8) angebracht ist, einen ersten Quantentopfbereich (QW-Bereich) (5), der über dem ersten DBR (4) angebracht ist, einen zweiten DBR (3), der über dem ersten QW-Bereich (5) angebracht ist, und einen ersten Reflektor, der über dem zweiten DBR (4) gegenüber dem Substrat (8) angebracht ist, wobei der erste Reflektor (6) Licht, das von dem ersten VCSEL (2) erzeugt wird, zurück in die optoelektronische Vorrichtung (1) hinein reflektiert; und einen Mach-Zehnder-Modulator (MZM) (10), der horizontal neben dem ersten VCSEL (2) in die optoelektronische Vorrichtung (1) hinein integriert ist, wobei der MZM (10) Licht empfängt, das von dem ersten VCSEL (2) erzeugt wird, und das empfangene Licht moduliert, um ein moduliertes optisches Signal zu erzeugen, wobei der MZM (10) einen zweiten Reflektor (7) aufweist, der in oder auf dem MZM (10) angebracht ist und das Licht, das von dem ersten VCSEL (2) empfangen wird, daran hindert, durch eine obere Oberfläche (17) des MZM (10) zu gelangen; wobei der erste und zweite Reflektor (6, 7) unterschiedliche Abschnitte eines einzigen Reflektors sind.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Ausgangskavität (15), die eine Struktur von einem VCSEL (2) hat, wobei die Ausgangskavität (15) neben dem MZM (10) und gegenüberliegend von dem ersten VCSEL (2) horizontal in die optoelektronische Vorrichtung (1) hinein integriert ist, die Ausgangskavität (15) aufweisend einen dritten DBR, einen zweiten QW-Bereich, der über dem dritten DBR angebracht ist, und einen vierten DBR, der über dem zweiten QW-Bereich angebracht ist, wobei die Ausgangskavität (15) das modulierte optische Signal empfängt, das aus dem MZM (10) austritt, und das modulierte optische Signal aus der optoelektronischen Vorrichtung (1) hinaus in eine Richtung leitet, die parallel zu einer optischen Achse der Ausgangskavität (15) ist.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei der erste Reflektor (6) dazu eingerichtet ist, Licht, das von dem ersten VCSEL (2) erzeugt wird, um einen kleinen, von Null verschiedenen Winkel relativ zu einer Normalen zu der unteren Oberfläche des ersten Reflektors zu reflektieren, wobei der Winkel sich von zwischen Null Grad und 20 Grad erstreckt, und wobei das um den Winkel reflektierte Licht durch den MZM (10) propagiert, wobei es von dem oberen und unteren DBR des MZM (10) um den kleinen Winkel reflektiert wird, und wobei der zweite Reflektor (7) eingerichtet ist zum Verhindern, dass jedes Licht, das durch den oberen DBR des MZM (10) gelangt, aus dem MZM (10) hinaus durch die obere Oberfläche (17) des MZM (10) gelangt.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, wobei die Ausgangskavität (15) ein zweiter VCSEL (2) ist, der dazu eingerichtet ist, das modulierte optische Signal zu verstärken, bevor er das modulierte optische Signal aus der optoelektronischen Vorrichtung (1) leitet, oder wobei die Ausgangskavität (15) dazu eingerichtet ist, das modulierte optische Signal aus der optoelektronischen Vorrichtung (1) zu leiten, ohne das modulierte optische Signal zu verstärken.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei sich der erste VCSEL (2), die Ausgangskavität (15) und der MZM (10) die gleiche Epitaxialstruktur teilen.
Eine optoelektronische Vorrichtung (1), aufweisend: ein Substrat (8); einen ersten oberflächenemittierenden Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) (2), der auf dem Substrat (8) angebracht ist, der erste VCSEL (2) aufweisend einen ersten distribuierten Bragg-Reflektor (DBR), der über dem Substrat (8) angebracht ist, einen ersten Quantentopfbereich (QW-Bereich) (5), der über dem ersten DBR angebracht ist, einen zweiten DBR, der über dem ersten QW-Bereich angebracht ist, und einen ersten Reflektor, der über dem zweiten DBR gegenüber dem Substrat (8) angebracht ist, wobei der erste Reflektor (6) Licht, das von dem ersten VCSEL (2) erzeugt wird, zurück in die optoelektronische Vorrichtung (1) hinein reflektiert; einen Mach-Zehnder-Modulator (MZM) (10), der horizontal neben dem ersten VCSEL (2) in die optoelektronische Vorrichtung (1) integriert ist, wobei der MZM (10) Licht empfängt, das von dem ersten VCSEL (2) erzeugt wird, und das empfangene Licht moduliert, um ein moduliertes optisches Signal zu erzeugen, wobei der MZM (10) einen zweiten Reflektor (7) aufweist, der in oder auf dem MZM (10) angebracht ist und das Licht, das von dem ersten VCSEL (2) empfangen wird, daran hindert, durch eine obere Oberfläche (17) des MZM (10) zu gelangen; und eine Ausgangskavität (15), die neben dem MZM (10) und gegenüberliegend von dem ersten VCSEL (2) horizontal in die optoelektronische Vorrichtung (1) hinein integriert ist, wobei die Ausgangskavität (15) das modulierte optische Signal empfängt, das aus dem MZM (10) austritt, und das modulierte optische Signal aus der optoelektronischen Vorrichtung (1) hinaus in eine Richtung leitet, die parallel zu einer optischen Achse der Ausgangskavität (15) ist.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Reflektor (6, 7) separate Reflektoren sind oder wobei der erste und zweite Reflektor (6, 7) unterschiedliche Abschnitte eines einzigen Reflektors sind.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Ausgangskavität (15) eine Struktur von einem VCSEL (2) hat und einen dritten DBR, der über dem Substrat (8) angebracht ist, einen zweiten QW-Bereich, der über dem dritten DBR angebracht ist, und einen vierten DBR, der über dem zweiten QW-Bereich angebracht ist, aufweist.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der erste Reflektor (6) dazu eingerichtet ist, Licht, das von dem ersten VCSEL (2) erzeugt wird, um einen kleinen, von Null verschiedenen Winkel relativ zu einer Normale zu der unteren Oberfläche des ersten Reflektors zu reflektieren, wobei der Winkel sich von zwischen Null Grad und 20 Grad erstreckt, und wobei das um den Winkel reflektierte Licht durch den MZM (10) propagiert, wobei es von dem oberen und unteren DBR des MZM (10) um den kleinen Winkel reflektiert wird.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2 oder 9, wobei der MZM (10) zumindest eine optische Eingangs-Y-Verzweigung (9), einen ersten und einen zweiten optischen Confinement-Arm (10a, 10b) und eine optische Ausgangs-Y-Verzweigung (12) aufweist, wobei die optische Eingangs-Y-Verzweigung (9) einen ersten Zweig (9c) hat, der mit dem ersten VCSEL (2) verbunden ist, um Licht zu empfangen, das von dem ersten VCSEL (2) erzeugt wird, wobei die optische Eingangs-Y-Verzweigung (12) einen zweiten und einen dritten Zweig (9a, 9b) hat, die jeweils mit einem jeweiligen ersten Ende des ersten und zweiten optischen Confinement-Arms (10a, 10b) verbunden sind, wobei die optische Ausgangs-Y-Verzweigung (12) einen vierten und einen fünften Zweig hat (12a, 12b), die jeweils mit einem jeweiligen zweiten Ende des ersten und zweiten optischen Confinement-Arms (10a, 10b) verbunden sind, um Licht zu empfangen, das aus dem zweiten Ende des ersten und zweiten Arms (10a, 10b) propagiert, und um das empfangene Licht zu kombinieren, um das modulierte optische Signal zu erzeugen, und wobei die optische Ausgangs-Y-Verzweigung (12) einen sechsten Zweig (12c) hat, der ein Ende hat, das mit der Ausgangskavität (15) verbunden ist, um das modulierte optische Signal in die Ausgangskavität (15) hinein zu koppeln.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 10, wobei der MZM (10) zumindest eine erste und eine zweite Elektrode aufweist zum Anlegen eines elektrischen Feldes an den MZM (10), um eine Spannungsdifferenz über einen oder beide der ersten und zweiten optischen Confinement-Arme (10a, 10b) zu erzeugen.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 11, wobei das Anlegen des elektrischen Feldes an den MZM (10) eine Spannungsdifferenz über den ersten Confinement-Arm (10a) erzeugt und wobei die Spannungsdifferenz über den ersten Confinement-Arm (10a) bewirkt, dass eine Phasenänderung in dem Licht auftritt, das in dem ersten Arm (10a) propagiert, so dass es eine Phasendifferenz gibt zwischen dem Licht, das in dem ersten und zweiten Arm (10a, 10b) propagiert, und wobei die Phasendifferenz zu Interferenz und Modulation des Lichts führt, wenn das Licht in die Ausgangs-Y-Verzweigung (12) hinein propagiert.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 12, wobei der erste und zweite Arm (10a, 10b) gleiche Längen haben oder wobei der erste und zweite Arm (10a, 10b) unterschiedliche Längen haben.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 10, wobei der MZM (10) zumindest eine erste, zweite und dritte Elektrode aufweist zum Anlegen einer ersten Spannungsdifferenz an die erste und zweite Elektrode und einer zweiten Spannungsdifferenz an die zweite und dritte Elektrode, wobei die erste Spannungsdifferenz über den ersten optischen Confinement-Arm ist und die zweite Spannungsdifferenz über den zweiten optischen Confinement-Arm ist.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 14, wobei im Betrieb die erste und zweite Spannungsdifferenz Wechselstrom-(AC)-Spannungsdifferenzen sind, die 180° außer Phase sind.
Die optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 15, die dazu eingerichtet ist, dass das Anlegen der ersten und zweiten Spannungsdifferenz über jeweils den ersten und zweiten optischen Confinement-Arm (10a, 10b) bewirkt, dass eine erste und zweite Phasenänderung in dem Licht stattfindet, das jeweils in dem ersten und zweiten Arm (10a, 10b) propagiert, so dass eine Phasendifferenz zwischen dem Licht existiert, das in dem ersten und zweiten Arm (10a, 10b) propagiert, und wobei die Phasendifferenz zu Interferenz und Modulation des Lichts führt, wenn das Licht in die Ausgangs-Y-Verzweigung (12) hinein propagiert, und wobei die Interferenz und Modulation des Lichts das modulierte optische Signal erzeugt.
Eine optoelektronische Vorrichtung (1), aufweisend: ein Substrat (8); einen ersten oberflächenemittierenden Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) (2), der auf dem Substrat (8) angebracht ist, der erste VCSEL (2) aufweisend einen ersten distribuierten Bragg-Reflektor (DBR) (4), der über dem Substrat (8) angebracht ist, einen ersten Quantentopfbereich (QW-Bereich) (5), der über dem ersten DBR (4) angebracht ist, einen zweiten DBR (3), der über dem ersten QW-Bereich (5) angebracht ist, und einen ersten Reflektor (6), der über dem zweiten DBR (3) gegenüber dem Substrat (8) angebracht ist, wobei der erste Reflektor (6) Licht, das von dem ersten VCSEL (2) erzeugt wird, zurück in die optoelektronische Vorrichtung (1) hinein reflektiert, wobei der erste Reflektor (6) Licht, das von dem ersten VCSEL (2) erzeugt wird, um einen kleinen, von Null verschiedenen Winkel relativ zu einer Normale zu der unteren Oberfläche des ersten Reflektors reflektiert, wobei der Winkel zwischen Null Grad und 20 Grad liegt; einen Mach-Zehnder-Modulator (MZM) (10) der horizontal neben dem ersten VCSEL (2) in die optoelektronische Vorrichtung (1) hinein integriert ist, wobei der MZM (10) Licht empfängt, das von dem ersten VCSEL (2) erzeugt wird, und wobei das Licht, das um den kleinen, von Null verschiedenen Winkel reflektiert wird, durch den MZM (10) propagiert, wobei es von oberen und unteren DBRs des MZM (10) um den kleinen Winkel reflektiert wird, wobei der MZM (10) das empfangene Licht moduliert, um ein moduliertes optisches Signal zu erzeugen, wobei der MZM (10) einen zweiten Reflektor (7) aufweist, der in oder auf dem MZM (10) angebracht ist und das Licht, das von dem ersten VCSEL (2) empfangen wird, daran hindert, durch eine obere Oberfläche (17) des MZM (10) zu gelangen; und eine Ausgangskavität (15), die neben dem MZM (10) und gegenüberliegend von dem ersten VCSEL (2) horizontal in die optoelektronische Vorrichtung (1) hinein integriert ist, wobei die Ausgangskavität das modulierte optische Signal empfängt, das aus dem MZM (10) austritt, und das modulierte optische Signal aus der optoelektronischen Vorrichtung (1) hinaus in eine Richtung leitet, die parallel zu einer optischen Achse der Ausgangskavität (15) ist.