DE102015206847A1

DE102015206847A1 - Optoelektronisches Bauelement mit Resonator

Info

Publication number: DE102015206847A1
Application number: DE102015206847.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Meister; Hanjo Rhee; Christoph Theiss; Aws AL-Saadi; Marvin Henniges; Muhammad Atif
Original assignee: Technische Universitaet Berlin
Current assignee: Technische Universitaet Berlin
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-10-20
Also published as: EP3283910A1; WO2016165708A1; US10025030B2; DE112016001724A5; CN107438794A; US20180100966A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Bauelement (1) mit einem optischen Wellenleiter (30), einem integrierten optischen Resonator (60), in dem der Wellenleiter (30) oder zumindest ein Abschnitt des Wellenleiters (30) angeordnet ist, und einer Wärmequelle (2), die im Betrieb die Temperatur des Resonators (60) erhöhen kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in Längsrichtung des Wellenleiters (30) gesehen seitlich an den Wellenleiter (30) ein Stegbereich (40) angrenzt, der einen Mantelabschnitt des Wellenleiters (30) bildet und eine kleinere Dicke als der Wellenleiter (30) aufweist, und die Wärmequelle (2) über diesen Stegbereich (40) mit dem Wellenleiter (30) thermisch verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Bauelement mit einem optischen Wellenleiter, einem integrierten optischen Resonator, in dem der Wellenleiter oder zumindest ein Abschnitt des Wellenleiters angeordnet ist, und einer Wärmequelle, die im Betrieb die Temperatur des Resonators erhöhen kann.
Ein derartiges optoelektronisches Bauelement ist aus der Druckschrift "Adiabatic Resonant Microrings (ARMs) with Directly Integrated Thermal Microphotonics" (M. R. Watts, W. A. Zortman, D. C. Trotter, G. N. Nielson, D. L. Luck, and R. W. Young, in CLEO, Konferenzbeitrag bei der Conference on Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science Conference and Photonic Applications Systems Technologies: OSA, 2009) bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Bauelement der eingangs angegebenen Art hinsichtlich seiner optischen Eigenschaften zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauelements sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in Längsrichtung des Wellenleiters gesehen seitlich an den Wellenleiter ein Stegbereich angrenzt, der einen Mantelabschnitt des Wellenleiters bildet und eine kleinere Dicke als der Wellenleiter aufweist, und die Wärmequelle über diesen Stegbereich mit dem Wellenleiter thermisch verbunden ist.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Bauelements ist darin zu sehen, dass die Wärmequelle nicht unmittelbar an den Wellenleiter angrenzt, insbesondere nicht unmittelbar über dem Wellenleiter angeordnet ist, sondern von diesem über einen Stegbereich getrennt ist, der einen Mantelabschnitt des Wellenleiters bildet. Durch das Vorsehen eines Stegbereichs zwischen Wellenleiter und Wärmequelle lassen sich die optischen Verluste im Wellenleiter durch das Vorhandensein der Wärmequelle reduzieren; dennoch bleibt ein effizienter Wärmebetrieb bzw. Heizbetrieb der Wärmequelle gewährleistet.
Der Stegbereich und der Wellenleiter bestehen vorzugsweise aus demselben Material.
Mit Blick auf die Ausgestaltung des Wellenleiters wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Wellenleiter zumindest in einem Abschnitt innerhalb des Resonators ein Rippenwellenleiter ist, der eine wellenführende Rippe und – in Längsrichtung des Wellenleiters gesehen – links und rechts neben der Rippe jeweils einen Stegbereich aufweist, der einen Mantelabschnitt des Rippenwellenleiters bildet und eine kleinere Schichtdicke als die Rippe aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Wärmequelle – in Längsrichtung des Wellenleiters gesehen – links neben dem Rippenwellenleiter angeordnet und über den linken Stegbereich mit dem Wellenleiter thermisch verbunden ist, und eine Wärmequelle – in Längsrichtung des Wellenleiters gesehen – rechts neben dem Rippenwellenleiter angeordnet und über den rechten Stegbereich mit dem Wellenleiter thermisch verbunden ist.
Bezüglich der Ausgestaltung des Stegbereichs wird es als vorteilhaft angesehen, wenn dieser zumindest zwei Stegabschnitte aufweist, nämlich einen unmittelbar erwärmbaren Stegabschnitt, auf dem die Wärmequelle aufliegt oder in den die Wärmequelle integriert ist, und einen wärmeleitenden Stegabschnitt, der selbst wärmequellenfrei ist, zwischen der Wärmequelle und dem Wellenleiter angeordnet ist und die Wärme der Wärmequelle von dem unmittelbar erwärmbaren Stegabschnitt in Richtung des Wellenleiters leitet.
Vorzugsweise weist die Wärmequelle einen elektrischen Leiterbereich auf, der sich längs des Wellenleiters erstreckt und durch Stromfluss erwärmbar ist.
Der elektrische Leiterbereich umfasst vorzugsweise einen dotierten Bereich in einer Halbleiterschicht, die im Resonator die wellenführende Schicht des Wellenleiters oder eine der wellenführenden Schichten des Wellenleiters bildet und/oder die Schicht des Stegbereichs oder eine der Schichten des Stegbereichs bildet.
Bezüglich der Ausgestaltung des elektrischen Leiterbereichs wird es darüber hinaus als vorteilhaft angesehen, wenn dieser eine Salizidschicht auf einer Halbleiterschicht umfasst, die im Resonator die wellenführende Schicht des Wellenleiters oder eine der wellenführenden Schichten des Wellenleiters bildet und/oder die Schicht des Stegbereichs oder eine der Schichten des Stegbereichs bildet.
Darüber hinaus wird bezüglich der Ausgestaltung der Wärmequelle eine Variante als vorteilhaft angesehen, die sich dadurch auszeichnet, dass das optoelektronische Bauelement eine Deckschicht aufweist, die den Wellenleiter und den Stegbereich ganz oder zumindest abschnittsweise abdeckt, und die Deckschicht ein schlitzförmiges Durchgangsloch aufweist, das sich – mit seiner Lochlängsrichtung – längs des Wellenleiters erstreckt und mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt ist, und der elektrische Leiterbereich der Wärmequelle zumindest auch das mit dem elektrisch leitfähigen Material gefüllte, schlitzförmige Durchgangsloch umfasst.
Mit Blick auf eine optimale Wärmeverteilung der Wärmequelle und mit Blick auf einen optimalen Wirkungsgrad wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Querschnitt des elektrischen Leiterbereichs in Längsrichtung des Wellenleiters variiert.
Bezüglich der Anordnung der Wärmequelle ist bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Bauelements vorgesehen, dass die Wärmequelle – in Längsrichtung des Wellenleiters gesehen – seitlich unmittelbar neben dem Resonator liegt und die Wärmequelle über den Stegbereich thermisch mit einem Wellenleiterabschnitt verbunden ist, der eine wellenführende Komponente des integrierten optischen Resonators bildet.
Bei einer anderen, aber ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung des Bauelements ist vorgesehen, dass die Wärmequelle über den Stegbereich thermisch mit einem Wellenleiterabschnitt verbunden ist, der – in Längsrichtung des Wellenleiters gesehenvor oder hinter dem Resonator liegt. Der Wärmefluss wird in diesem Falle zumindest auch über den Wellenleiter selbst in den Resonator hinein erfolgen.
Vorzugsweise weist das Bauelement eine Arbeitspunkteinstelleinrichtung auf, die die Wärmequelle, eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer den jeweiligen Arbeitspunkt des Bauteils angebenden Messgröße und eine Steuereinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der Messgröße der Erfassungseinrichtung die Wärmequelle steuert, insbesondere den Strom durch den elektrischen Leiterbereich der Wärmequelle einstellt.
Bezüglich der Ausgestaltung der Arbeitspunkteinstelleinrichtung ist es vorteilhaft, wenn diese ein optisches Ausgangssignal des Bauteils erfasst und die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die Wärmequelle in Abhängigkeit von dem optischen Ausgangssignal, insbesondere der Amplitude oder Wellenlänge des optischen Ausgangssignals, steuert.
Bei dem Resonator handelt es sich vorzugsweise um einen Fabry-Pérot-Resonator, einen Ringresonator oder einen Mikro-Scheiben-Resonator.
Ist der Resonator ein Fabry-Pérot Resonator, so ist es vorteilhaft, wenn dieser einen Bestandteil eines Fabry-Pérot Modulators bildet. Im Falle eines Resonators in Form eines Fabry-Pérot-Resonators ist es außerdem vorteilhaft, wenn dieser mit Resonatorspiegeln ausgestattet ist, die aus Löchern oder Schlitzen im Wellenleiter oder durch eine Modulation der Wellenleiterbreite geformt sind.
Der Wellenleiter ist innerhalb des Resonators vorzugsweise gerade.
Die Wärmequelle ist mit der oder den im Wellenleiter propagierenden optischen Moden vorzugsweise überlappungsfrei.
Zumindest zwei Wärmequellen sind vorzugsweise symmetrisch um den Wellenleiter herum platziert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
1 in einer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement, das mit einer Wärmequelle ausgestattet ist,
2 das Bauelement gemäß 1 in einem Querschnitt,
3 ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement, bei dem eine Wärmequelle – in Längsrichtung des Wellenleiters – vor bzw. hinter dem Resonator, also außerhalb des Resonators, angeordnet ist,
4 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauelement, bei dem zwei Wärmequellen rechts und links neben einem Resonator angeordnet sind,
5 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauelement, bei dem zwei Wärmequellen – in Längsrichtung des Wellenleiters gesehen – außerhalb des Resonators angeordnet sind,
6 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauelement, bei dem sich Wärmequellen in den Stegbereich neben dem Wellenleiter hinein erstrecken,
7 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauelement, bei dem zwei Wärmequellen vorhanden sind, deren Querschnitt sich in Längsrichtung des Wellenleiters verändert,
8 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauelement, bei dem eine Wärmequelle durch eine Salizidschicht gebildet ist,
9 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauelement, bei dem eine Wärmequelle ein mit einem leitfähigen Material gefülltes schlitzförmiges Durchgangsloch umfasst, und
10 eine Beispielmessung für die Wellenlängenabhängigkeit eines Transmissionspeaks eines Fabry-Pérot-Resonators
in einem Wellenleiter in Abhängigkeit von der jeweiligen Heizleistung bzw. der Temperatur, die durch die Wärmequelle eingebracht wird.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement 1. Das optoelektronische Bauelement 1 umfasst eine Wärmequelle 2 zur Temperaturkontrolle, bestehend aus einem n-dotierten Halbleiterbereich 10 in einem undotierten Halbleiterbereich 50, der neben einem, in einem geraden Wellenleiter 30 befindlichen Fabry-Pérot Resonator 60 platziert ist. Der Fabry-Pérot Resonator 60 umfasst zwei Fabry-Pérot Resonatorspiegel 61 und eine Fabry-Pérot Resonatorkavität 62.
Der n-dotierte Halbleiterbereich 10 besitzt lateral zum Wellenleiter 30 die Breite B. Bei Anlegen einer Spannung an ein Salizid 15a und 15b mit dem Durchmesser C findet durch den elektrischen Widerstand des n-dotierten Halbleiterbereichs 10 eine Umwandlung von elektrischen Strom in Wärme statt. In Folge findet wiederum ein Wärmetransport über einen Stegbereich 40 (siehe auch 2) zum Wellenleiter 30 statt und bewirkt eine Temperaturänderung im Wellenleiter 30 und somit auch in den Fabry-Pérot Resonatorspiegeln 61 und der Fabry-Pérot Resonatorkavität 62. Dadurch lassen sich die Transmissionseigenschaften des Fabry-Pérot Resonators 60 gezielt kontrollieren.
Die Wärmequelle 2 ist – in Längsrichtung des Wellenleiters 30 gesehen – links neben dem Rippenwellenleiter angeordnet und über den linken Stegbereich 40 mit dem Wellenleiter 30 thermisch verbunden.
Sowohl der n-dotierte Halbleiterbereich 10 als auch das Salizid 15a und 15b befinden sich im Abstand A zum Wellenleiter 30, so dass kein Überlapp mit der im Wellenleiter 30 geführten optischen Mode 35 stattfindet, und zwar zur Vermeidung von Absorptionsverlusten. Die n-Dotierung des Halbleiterbereichs 10 ist vorteilhaft aufgrund des höheren elektrischen Widerstands im Vergleich zu p-Dotierung.
Das untere Limit für die Gesamtgröße des Fabry-Pérot Resonators 60 ist nicht durch den Durchmesser C oder die Position des Salizids 15a und 15b zur elektrischen Kontaktierung der Wärmequelle und die Größe und Position des n-dotierten Halbleiterbereichs 10 begrenzt.
Durch die Beschränkung der Wärmeausbreitung auf die Ebene der Halbleiterschicht 50 wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 in vorteilhafter Weise die Heizeffizienz im Vergleich zu Wärmequellen erhöht, die über dem Wellenleiter 30 platziert sind und durch ein Oxid 51, hier in Form einer Oxidschicht, vom Wellenleiter 30 separiert sind.
Die Wärmeableitung zur Kühlung des Fabry-Pérot Resonators 60 geschieht lateral zum Wellenleiter 30, ohne dass die abgeführte Wärme, wie beispielsweise in einem Ring-Resonator, einen Wellenleiter durchlaufen muss.
In 2 ist ein Querschnitt gemäß Schnittlinie II-II des Ausführungsbeispiels in 1 dargestellt. Die im Wellenleiter 30 geführte optische Mode 35 besitzt eine Feldverteilung, die durch die Brechungsindizes des Materials des Wellenleiters 30 und der den Wellenleiter 30 umgebenden Materialien bestimmt wird. Über und teilweise neben dem Wellenleiter 30 befindet sich das Oxid 51 und unter dem Wellenleiter 30 ein Isolator 52.
Der Stegbereich 40 und der Wellenleiter 30 bestehen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 aus demselben Material.
Bei dem Wellenleiter 30 handelt es sich zumindest in einem Abschnitt innerhalb des Resonators vorzugsweise um einen Rippenwellenleiter, der eine wellenführende Rippe und – in Längsrichtung des Wellenleiters gesehen – links und rechts neben der Rippe jeweils einen Stegbereich 40 aufweist. Die Stegbereiche 40 bilden jeweils einen Mantelabschnitt des Rippenwellenleiters und weisen eine kleinere Schichtdicke als die Rippe auf.
Die Wärmequelle 2 ist – in Längsrichtung des Wellenleiters 30 gesehen – bei der Darstellung und Blickrichtung gemäß 2 links neben dem Rippenwellenleiter angeordnet und über den linken Stegbereich 40 mit dem Wellenleiter 30 thermisch verbunden.
Die Wärmequelle 2 umfasst das Salizid 15a, auf dem sich ein metallgefülltes, im Oxid 51 eingebrachtes Durchgangsloch 20a befindet. Die Metallfüllung im Durchgangsloch 20a ist mit einem Draht 21a verbunden, welcher wiederum mit weiteren Drähten darüber über ein weiteres Durchgangsloch 22a elektrisch kontaktiert ist.
Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement 1, das mit einer Wärmequelle 2 ausgestattet ist. In einem Wellenleiter 30 des optoelektronischen Bauelements 1 ist ein Fabry-Pérot Resonator 60 wie in 1 platziert. Links und rechts des Wellenleiters 30 befinden sich eine Anode 71 und eine Kathode 72. Der intrinsische Bereich 73 umfasst das Volumen zwischen Anode 71 und Kathode 72, welche zusammen die Funktion einer Diode erfüllen. In Kombination mit dem mittig angeordneten Fabry-Pérot Resonator 60 in dem intrinsischen Bereich 73 wird somit ein elektro-optischer Fabry-Pérot Modulator 70 gebildet.
Die in 1 und 2 beschriebene Wärmequelle 2 besteht hier aus einem n-dotierten Halbleiterbereich 10 und ist parallel zum Wellenleiter 30 – in Wellenleiterlängsrichtung gesehen – hinter oder vor dem elektro-optischen Fabry-Pérot Modulator 70 platziert, und zwar mit möglichst geringem Abstand E zwischen dem n-dotierten Halbleiterbereich 10 und dem elektro-optischen Fabry-Pérot Modulator 70. Zur Vermeidung von parasitären elektrischen Strömen zwischen Wärmequelle und elektro-optischem Fabry-Pérot Modulator 70 sollte ein Mindestabstand für den Abstand E eingehalten werden. Um die Distanz des Wärmetransports zu minimieren, sollte der Abstand A zwischen n-dotiertem Halbleiterbereich und Wellenleiter 30 ebenfalls möglichst klein sein, ohne dass ein Überlapp zwischen n-dotiertem Halbleiterbereich 10 und der geführten optischen Mode 35 zu Absorptionsverlusten führt.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement 1, das mit zwei Wärmequellen 2 ausgestattet ist. Die Wärmequellen 2 dienen zur Temperaturkontrolle eines Fabry-Pérot Resonators 60. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind hier die Wärmequellen 2 als p-dotierte Halbleiterbereiche 11 realisiert. Die zwei vorzugsweise identischen Wärmequellen 2 sind im Abstand A symmetrisch links und rechts vom Wellenleiter 30 platziert. Dadurch ist ein symmetrischer Wärmeeintrag in den Fabry-Pérot Resonator 60 gegeben, wodurch die Feldverteilung der geführten optischen Mode über die erzeugte Brechungsindexänderung ebenfalls symmetrisch verändert wird, was vorteilhaft bezüglich der Propagationsverluste im Wellenleiter 30 ist. Zum Erreichen einer Temperaturänderung über die gesamte Wellenleiterbreite F ist im Falle einer einseitig platzierten Wärmequelle der maximale Abstand A + F für den Wärmetransport zu berücksichtigen. Im Falle einer beidseitigen symmetrischen Anordnung zweier Wärmequellen verringert sich der maximale Abstand für den Wärmetransport auf A + 0,5F, wodurch die Heizeffizienz erhöht wird.
Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement 1, das mit zwei Wärmequellen 2 zur Temperaturkontrolle eines elektro-optischen Fabry-Pérot Modulators 70 ausgestattet ist. Im Unterschied zum in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die zwei vorzugsweise identischen Wärmequellen 2 als n-dotierte Halbleiterbereiche 10 im Abstand A symmetrisch links und rechts vom Wellenleiter 30 und im Abstand E in Richtung des Wellenleiters 30 hinter oder vor dem elektro-optischen Fabry-Pérot Modulator 70 platziert. Dadurch ist ein symmetrischer Wärmeeintrag in den Fabry-Pérot Modulator 70 gegeben, wodurch die Feldverteilung der geführten optischen Mode über die erzeugte Brechungsindexänderung ebenfalls symmetrisch verändert wird, was vorteilhaft bezüglich der Propagationsverluste im Wellenleiter 30 ist. Zum Erreichen einer Temperaturänderung über die gesamte Wellenleiterbreite F ist im Falle einer einseitig platzierten Wärmequelle der maximale Abstand A + F für den Wärmetransport zu berücksichtigen. Im Falle einer beidseitigen symmetrischen Anordnung zweier Wärmequellen verringert sich der maximale Abstand für den Wärmetransport auf A + 0,5F, wodurch die Heizeffizienz erhöht wird.
Die 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement 1, das mit zwei Wärmequellen 2 zur Temperaturkontrolle eines elektro-optischen Fabry-Pérot Modulators 70 ausgestattet ist. Im Unterschied zu dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die n-dotierten Halbleiterbereiche 10 in den Stegbereich 40 hinein. Durch diese Anordnung lässt sich der Abstand der n-dotierten Halbleiterbereiche 10 vom Wellenleiter 30 verringern, wodurch sich auch die Distanz A verringert und somit die Heizeffizienz verbessert wird. Mit kleinerem Abstand A zwischen Wellenleiter 30 und n-dotierten Halbleiterbereichen 10 erhöht sich die Absorption optischer Strahlung, die im Wellenleiter 30 propagiert. Daher muss eine Balance für den Abstand A gefunden werden, der hohe Heizeffizienz mit tolerierbaren optischen Verlusten kombiniert.
Die 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement 1, das mit zwei Wärmequellen 2 zur Temperaturkontrolle eines elektro-optischen Fabry-Pérot Modulators 70 ausgestattet ist. Im Unterschied zum in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind hier die Wärmequellen als n-dotierte Halbleiterbereiche 10 realisiert. Zudem verengt sich parallel zu der Richtung des Wellenleiters 30 die zum Wellenleiter 30 laterale Breite der n-dotierten Halbleiterbereiche 10 von der Breite B in der Nähe des Salizids 15a und 15b und der jeweils über dem Salizid befindlichen vertikalen metallgefüllten Durchgangslöcher 20, 20b auf die Breite D in der Mitte der n-dotierten Halbleiterbereiche 10. Die durch die Verengung einhergehende Verringerung des Querschnitts des n-dotierten Halbleiterbereichs 10 verursacht eine Erhöhung des elektrischen Widerstands. Somit tritt eine stärkere Wärmeentwicklung in diesem Abschnitt mit der Breite D auf, wodurch die Heizeffizienz erhöht wird.
In 8 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 1 dargestellt, bei dem kein n- oder p-dotierter Halbleiterbereich vorhanden ist und stattdessen ein extrudiertes Salizid 16 in Form eines Streifens parallel zur Richtung des Wellenleiters 30 als Wärmequelle verwendet wird. Die dünnere Schichtdicke des Salizids ermöglicht die Realisierung einer räumlich stärker lokalisierten Wärmequelle.
Die 8 lässt außerdem eine Steuereinrichtung 100 erkennen, die in Abhängigkeit von einer Messgröße M einer aus Gründen der Übersicht nicht dargestellten Erfassungseinrichtung die Wärmequelle 2 steuert, insbesondere den Strom durch den elektrischen Leiterbereich der Wärmequelle einstellt. Die Erfassungseinrichtung dient vorzugsweise zur Erfassung einer den jeweiligen Arbeitspunkt des Bauteils 1 angebenden Messgröße.
Die Wärmequelle 2, die Erfassungseinrichtung zur Erfassung der den jeweiligen Arbeitspunkt des Bauteils 1 angebenden Messgröße M und die Steuereinrichtung 100 bilden eine Arbeitspunkteinstelleinrichtung des Bauelements 1.
Die Erfassungseinrichtung erfasst vorzugsweise das optische Ausgangssignal des Bauelements 1, und die Steuereinrichtung 100 steuert vorzugsweise die Wärmequelle 2 in Abhängigkeit von dem optischen Ausgangssignal, insbesondere der Amplitude oder Wellenlänge des optischen Ausgangssignals, an.
9 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels gemäß 8 in einer isometrischen Darstellung. Zusätzlich zum extrudierten Salizid 16 auf einem undotierten Halbleiterbereich 50 ist hier ein parallel zur Richtung des Wellenleiters 30 extrudiertes vertikales metallgefülltes Durchgangsloch 23 in dem Oxid 51 als Wärmequelle für einen Fabry-Pérot Resonator 60 realisiert. Diese Variante erlaubt die Realisierung einer räumlich ausgedehnteren Wärmequelle.
In 10 ist ein Graph abgebildet, bei dem die spektrale Wellenlängenverschiebung des Transmissionspeaks eines Fabry-Pérot Resonators in Abhängigkeit von der eingebrachten Heizleistung und der im Fabry-Pérot Resonator erzeugten Temperatur gegeneinander aufgetragen ist. Eine Regelung der Wellenlänge des Transmissionspeaks in einem mehrere Nanometer breiten Bereich ist möglich.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Bauelement
2: Wärmequelle
10: n-dotierter Halbleiterbereich
11: p-dotierter Halbleiterbereich
15a/b: Salizid
16: extrudiertes Salizid
20a/b: Durchgangsloch
21a/b: Draht
22a/b: weiteres Durchgangsloch
23: extrudiertes Durchgangsloch
30: Wellenleiter
35: Wellenleitermodenintensität/optischer Mode
40: Stegbereich
50: undotierter Halbleiterbereich
51: Oxidschicht
52: Isolator
60: Fabry-Pérot Resonator
61: Fabry-Pérot Resonatorspiegel
62: Fabry-Pérot Resonatorkavität
70: Fabry-Pérot Modulator
71: Anode
72: Kathode
73: intrinsischer Bereich
100: Steuereinrichtung
A: Abstand Wärmequelle zu Wellenleiter
B: Breite Wärmequelle in x-Richtung
C: Durchmesser Durchgangsloch auf Salizid
D: verengte Breite Wärmequelle in x-Richtung
E: Abstand Wärmequelle zu Modulator
F: Wellenleiterbreite
M: Messgröße
X: x-Richtung des eingezeichneten Koordinatensystems
Y: y-Richtung des eingezeichneten Koordinatensystems
Z: z-Richtung des eingezeichneten Koordinatensystems

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

M. R. Watts, W. A. Zortman, D. C. Trotter, G. N. Nielson, D. L. Luck, and R. W. Young, in CLEO, Konferenzbeitrag bei der Conference on Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science Conference and Photonic Applications Systems Technologies: OSA, 2009 [0002]

Claims

Optoelektronisches Bauelement (1) mit – einem optischen Wellenleiter (30), – einem integrierten optischen Resonator (60), in dem der Wellenleiter (30) oder zumindest ein Abschnitt des Wellenleiters (30) angeordnet ist, und – einer Wärmequelle (2), die im Betrieb die Temperatur des Resonators (60) erhöhen kann, dadurch gekennzeichnet, dass – in Längsrichtung des Wellenleiters (30) gesehen seitlich an den Wellenleiter (30) ein Stegbereich (40) angrenzt, der einen Mantelabschnitt des Wellenleiters (30) bildet und eine kleinere Dicke als der Wellenleiter (30) aufweist, und – die Wärmequelle (2) über diesen Stegbereich (40) mit dem Wellenleiter (30) thermisch verbunden ist.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stegbereich (40) und der Wellenleiter (30) aus demselben Material bestehen.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (30) zumindest in einem Abschnitt innerhalb des Resonators (60) ein Rippenwellenleiter ist, der eine wellenführende Rippe und – in Längsrichtung des Wellenleiters (30) gesehen – links und rechts neben der Rippe jeweils einen Stegbereich (40) aufweist, der einen Mantelabschnitt des Rippenwellenleiters bildet und eine kleinere Schichtdicke als die Rippe aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Wärmequelle (2) – in Längsrichtung des Wellenleiters (30) gesehen – links neben dem Rippenwellenleiter angeordnet und über den linken Stegbereich (40) mit dem Wellenleiter (30) thermisch verbunden ist, und – eine Wärmequelle (2) – in Längsrichtung des Wellenleiters (30) gesehen – rechts neben dem Rippenwellenleiter angeordnet und über den rechten Stegbereich (40) mit dem Wellenleiter (30) thermisch verbunden ist.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stegbereich (40) zumindest zwei Stegabschnitte aufweist, nämlich – einen unmittelbar erwärmbaren Stegabschnitt, auf dem die Wärmequelle (2) aufliegt oder in den die Wärmequelle (2) integriert ist, und – einen wärmeleitenden Stegabschnitt, der selbst wärmequellenfrei ist, zwischen der Wärmequelle (2) und dem Wellenleiter (30) angeordnet ist und die Wärme der Wärmequelle (2) von dem unmittelbar erwärmbaren Stegabschnitt in Richtung des Wellenleiters (30) leitet.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (2) einen elektrischen Leiterbereich (10, 11) umfasst, der sich längs des Wellenleiters (30) erstreckt und durch Stromfluss erwärmbar ist.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiterbereich (10, 11) einen dotierten Bereich in einer Halbleiterschicht umfasst, die im Resonator (60) die wellenführende Schicht des Wellenleiters (30) oder eine der wellenführenden Schichten des Wellenleiters (30) bildet und/oder die Schicht des Stegbereichs (40) oder eine der Schichten des Stegbereichs (40) bildet.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiterbereich (10, 11) eine Salizidschicht (15a, 15b) auf einer Halbleiterschicht umfasst, die im Resonator (60) die wellenführende Schicht des Wellenleiters (30) oder eine der wellenführenden Schichten des Wellenleiters (30) bildet und/oder die Schicht des Stegbereichs (40) oder eine der Schichten des Stegbereichs (40) bildet.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – das optoelektronische Bauelement (1) eine Deckschicht aufweist, die den Wellenleiter (30) und den Stegbereich (40) ganz oder zumindest abschnittsweise abdeckt, und – die Deckschicht ein schlitzförmiges Durchgangsloch (23) aufweist, das sich – mit seiner Lochlängsrichtung – längs des Wellenleiters (30) erstreckt und mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt ist, und – der elektrische Leiterbereich (10, 11) der Wärmequelle (2) zumindest auch das mit dem elektrisch leitfähigen Material gefüllte, schlitzförmige Durchgangsloch (23) umfasst.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des elektrischen Leiterbereichs (10, 11) in Längsrichtung des Wellenleiters (30) variiert.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Wärmequelle (2) – in Längsrichtung des Wellenleiters (30) gesehen – seitlich unmittelbar neben dem Resonator (60) liegt und – die Wärmequelle (2) über den Stegbereich (40) thermisch mit einem Wellenleiterabschnitt verbunden ist, der eine wellenführende Komponente des integrierten optischen Resonators (60) bildet.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (2) über den Stegbereich (40) thermisch mit einem Wellenleiterabschnitt verbunden ist, der – in Längsrichtung des Wellenleiters (30) gesehen – vor oder hinter dem Resonator (60) liegt.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) eine Arbeitspunkteinstelleinrichtung aufweist, die die Wärmequelle (2), eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer den jeweiligen Arbeitspunkt des Bauelements (1) angebenden Messgröße und eine Steuereinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der Messgröße der Erfassungseinrichtung die Wärmequelle (2) steuert, insbesondere den Strom durch den elektrischen Leiterbereich (10, 11) der Wärmequelle (2) einstellt.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – die Erfassungseinrichtung das optische Ausgangssignal des Bauelements (1) erfasst und – die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die Wärmequelle (2) in Abhängigkeit von dem optischen Ausgangssignal, insbesondere der Amplitude oder Wellenlänge des optischen Ausgangssignals, steuert.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (60) ein Fabry-Pérot-Resonator (60), ein Ringresonator oder ein Mikro-Scheiben-Resonator (60) ist.