DE112017004914T5 - Wellenleiter Struktur - Google Patents

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Abstract

Eine Wellenleiterstruktur, die einen Wellenleiter einschließt, der eine thermisch steuerbare Sektion aufweist, und ein Verfahren zum Fertigen der Struktur. Die Wellenleiterstruktur umfasst mehrere Schichten. Die Schichten umfassen, nacheinander: ein Substrat, eine Opferschicht, eine untere Mantelschicht, eine Wellenleiter-Kernschicht und eine obere Mantelschicht. Die untere Mantelschicht, die Wellenleiter-Kernschicht und die obere Mantelschicht bilden den Wellenleiter, der Wellenleiter weist einen Wellenleiterkern auf. Die Wellenleiterstruktur weist eine durchgehende Bohrung auf, die durch die obere Mantelschicht, die Wellenleiter-Kernschicht und die untere Mantelschicht hindurchgeht und parallel zu dem Wellenleitersteg entlang im Wesentlichen der gesamten Länge der thermisch steuerbaren Sektion verläuft. Die Wellenleiterstruktur weist ebenfalls einen wärmeisolierenden Bereich in der Opferschicht auf, der sich wenigstens von der Bohrung bis jenseits des Wellenleitersteges entlang der gesamten Länge der thermisch steuerbaren Sektion erstreckt. Die Opferschicht umfasst ein Opfermaterial außerhalb des wärmeisolierenden Bereichs und einen wärmeisolierenden Spalt oder wärmeisolierendes Material, das die untere Mantelschicht und das Substrat trennt, innerhalb des wärmeisolierenden Bereichs. Die Struktur wird gefertigt durch Bereitstellen einer Nassätzung für die Opferschicht durch die Bohrung, um Material von wenigstens dem wärmeisolierenden Bereich in der Opferschicht zu entfernen.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenleiterstruktur. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Wellenleiterstruktur, die einen Wellenleiter einschließt, der eine thermisch steuerbare Sektion aufweist, und ein Verfahren zum Fertigen derselben.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Wo der Begriff „Licht“ verwendet wird, bezieht sich dieser auf elektromagnetische Strahlung und nicht spezifisch auf sichtbares Licht. Wo der Begriff „Laser“ verwendet wird, bezieht sich dieser auf einen Halbleiterlaser, sofern es nicht anders angegeben ist.
  • Es werden thermisch abgestimmte Halbleiterlaser (z.B. Laser mit Bragg-Spiegel (distributed Bragg reflector - DBR)) entwickelt, um die Linienbreitenleistung, verglichen mit bekannten elektronisch abgestimmten Lasern, zu verbessern. Jede Art von Abstimmung wirkt durch Modifizieren des Brechungsindex eines oder mehrerer Bestandteile des Lasers, wie beispielsweise eines Reflektors, was bewirkt, dass der Bestandteil nach einer anderen Wellenlänge selektiert.
  • Elektronisch abgestimmte Laser liefern hohe Niveaus von optischer Dämpfung, was den Laser-Schwellstrom steigert und die Linienbreite verschlechtert. Darüber hinaus wird, weil elektronische Abstimmung ein sehr schnelles Ansprechen (in der Größenordnung von Nanosekunden) aufweist, Elektronikrauschen leicht in den Laserausgang gekoppelt.
  • Im Gegensatz dazu steigert thermische Abstimmung die optische Dämpfung nicht bedeutend, so dass es eine zu vernachlässigende Verschlechterung der Linienbreite gibt. Darüber hinaus wird, weil das Ansprechen von thermischer Abstimmung viel langsamer ist (in der Größenordnung von mehreren Zehntelsekunden), der Laserausgang von Hochfrequenz-Rauschquellen entkoppelt. Wärme wird über einen Widerstandsheizstreifen, der oben auf oder eng parallel zu dem Wellenleitersteg verläuft, auf den optischen Wellenleiterkern ausgeübt. Der Streifen ist durch ein Passivierungsdielektrikum elektrisch von dem Steg isoliert.
  • Ein typischer elektrisch abgestimmter Laser weist einen Querschnitt, wie in 1A gezeigt, auf. Der Laser umfasst einen p-Mantel 101, eine Wellenleiter-Kernschicht 102, eine n-Mantelschicht 103 und ein Substrat 104. Der p-Mantel 101 ist geätzt, um einen Wellenleitersteg 105 zu bilden, an dem elektrische Mittel zum Verändern des Brechungsindex (nicht gezeigt) befestigt sind. Der Bereich der Wellenleiter-Kernschicht unter dem Wellenleitersteg bildet den Wellenleiterkern.
  • 1B zeigt einen Laser mit „vergrabener Heterostruktur“. Der Laser umfasst einen p-Mantel 111, eine Wellenleiter-Kernschicht 112, eine n-Mantelschicht 103 und ein Substrat 114. Anstelle des Wellenleitersteges 115 wird der Wellenleiter durch eine Struktur 115 in der oberen Mantelschicht und der Wellenleiter-Kernschicht gebildet, die durch einen isolierenden Bereich 116 isoliert wird. Der Wellenleiterkern des Lasers mit vergrabener Heterostruktur wird durch die Sektion der Wellenleiter-Kernschicht innerhalb der Struktur 115 gebildet.
  • Jeder Laser ist eine ebene Struktur aus Materialien mit guter Wärmeableitung, gestaltet, um die durch die Dioden erzeugte Wärme herauszuziehen. Jedoch bedeutet dies, dass, wenn eine solche Lasergestaltung für thermische Abstimmung angepasst wird, die erforderliche Leistung, um die notwendigen Temperaturverschiebungen zu bewirken, sehr groß ist (z.B. 1 W für eine Temperaturänderung von 50 bis 70°C). Um den Wirkungsgrad der thermischen Abstimmung zu verbessern, ist es wünschenswert, den Wellenleiter thermisch von den Stützstrukturen zu isolieren. Jedoch sollten sich Sektionen des Lasers, die nicht thermisch abgestimmt werden, in thermischem Kontakt mit den Stützstrukturen befinden, so dass ihre Temperaturen konstant gehalten werden können.
  • Eine beispielhafte bekannte Struktur, um dies zu erreichen, wird für einen Stegwellenleiter-Laser in 2A und B gezeigt, wobei 2A eine Querschnittsansicht der Struktur entlang der Linie IIA-IIA in 2B ist und 2B eine Draufsicht ist. Der Laser weist eine obere p-Mantelschicht 201, einen Wellenleiterkern 202 und eine untere n-Mantelschicht 203 auf. Die obere p-Mantelschicht ist geätzt, um einen Wellenleitersteg 204 zu bilden. Eine Schicht von Opfermaterial 205 ist zwischen der unteren Mantelschicht und einem Substrat 206 angeordnet, und dieses Opfermaterial wird durch ein Nassätzverfahren herausgeätzt, um einen Luftspalt 208 unterhalb der Sektion, die den Wellenleitersteg enthält, zu lassen. Bohrungen 207 werden in der oberen Mantelschicht, dem Wellenleiterkern und der unteren Mantelschicht bereitgestellt, um zu ermöglichen, dass die Nassätzung das Opfermaterial erreicht. Offensichtlich würde, falls die Bohrungen den Wellenleiter vollständig umgäben, er nicht länger gestützt werden, also werden Stützstrukturen 209 in den Bohrungen bereitgestellt, um den Wellenleiter mit dem Rest des Substrats zu verbinden.
  • Jedoch verursachen diese Stützstrukturen, dass der Wellenleiter ungleichmäßige thermische Eigenschaften aufweist - d.h., Teile des Wellenleiters nahe einer Stützstruktur werden sich leichter abkühlen als Teile entfernt von einer Stützstruktur. Diese ungleichmäßige Erwärmung beeinträchtigt die gleichförmige Steuerung des Brechungsindex entlang des Bauteils und verringert die Leistung des Lasers.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Nach einem ersten Aspekt wird eine Wellenleiterstruktur bereitgestellt, die einen Wellenleiter einschließt, der eine thermisch steuerbare Sektion aufweist. Die Wellenleiterstruktur umfasst mehrere Schichten. Die Schichten umfassen, nacheinander: ein Substrat, eine Opferschicht, eine untere Mantelschicht, eine Wellenleiter-Kernschicht und eine obere Mantelschicht. Die untere Mantelschicht, die Wellenleiter-Kernschicht und die obere Mantelschicht bilden den Wellenleiter, der Wellenleiter weist einen Wellenleiterkern auf. Die Wellenleiterstruktur weist eine durchgehende Bohrung auf, die durch die obere Mantelschicht, die Wellenleiter-Kernschicht und die untere Mantelschicht hindurchgeht und parallel zu dem Wellenleitersteg entlang im Wesentlichen der gesamten Länge der thermisch steuerbaren Sektion verläuft. Die Wellenleiterstruktur weist ebenfalls einen wärmeisolierenden Bereich in der Opferschicht auf, der sich wenigstens von der Bohrung bis jenseits des Wellenleitersteges entlang der gesamten Länge der thermisch steuerbaren Sektion erstreckt. Die Opferschicht umfasst ein Opfermaterial außerhalb des wärmeisolierenden Bereichs und einen wärmeisolierenden Spalt oder wärmeisolierendes Material, das die untere Mantelschicht und das Substrat trennt, innerhalb des wärmeisolierenden Bereichs.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird ein abstimmbarer Laser bereitgestellt, der die Wellenleiterstruktur des ersten Aspekts umfasst.
  • Nach noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Fertigen eines thermisch gesteuerten Wellenleiters bereitgestellt. Es wird eine Wellenleiterstruktur bereitgestellt. Die Wellenleiterstruktur umfasst, nacheinander: ein Substrat, eine Opferschicht, eine untere Mantelschicht, eine Wellenleiter-Kernschicht und eine obere Mantelschicht. Die untere Mantelschicht, die Wellenleiter-Kernschicht und die obere Mantelschicht bilden den Wellenleiter, der Wellenleiter weist einen Wellenleiterkern auf. Die Wellenleiterstruktur weist eine durchgehende Bohrung auf, die durch die obere Mantelschicht, die Wellenleiter-Kernschicht und die untere Mantelschicht hindurchgeht und parallel zu dem Wellenleitersteg entlang der gesamten Länge der thermisch steuerbaren Sektion verläuft. Eine Nassätzung wird für die Opferschicht durch die Bohrung bereitgestellt, um Material von wenigstens einem wärmeisolierenden Bereich in der Opferschicht zu entfernen, der sich wenigstens von der Bohrung bis jenseits des Wellenleitersteges entlang der gesamten Länge der thermisch steuerbaren Sektion erstreckt, um einen Spalt zu erzeugen, der die untere Mantelschicht und das Substrat in dem wärmeisolierenden Bereich trennt. Die Nassätzung ätzt Material der Opferschicht und ätzt nicht Materialien des Substrats und der unteren Mantelschicht.
  • Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden in Anspruch 2 und folgende dargelegt.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt einen Querschnitt einer Wellenleiterstruktur eines typischen elektrisch abgestimmten Lasers;
    • 2A und 2B zeigen einen Querschnitt und eine Draufsicht einer bekannten Wellenleiterstruktur für einen thermisch abgestimmten Laser;
    • 3 zeigt einen Querschnitt und eine Draufsicht einer beispielhaften Wellenleiterstruktur für einen thermisch abgestimmten Laser;
    • 4 zeigt die Stadien der Fertigung der Struktur von 3;
    • 5 zeigt ein typisches Temperaturprofil einer beispielhaften Wellenleiterstruktur während des Erwärmens;
    • 6 zeigt einen Querschnitt eines thermisch abgestimmten Lasers.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Unten wird eine alternative unterschnittene Struktur vorgestellt. Diese Struktur überwindet die Beschränkungen des Standes der Technik, da sie ein gleichmäßigeres Erwärmungsprofil liefert. Darüber hinaus ist die Struktur sehr tolerant für Veränderungen im Fertigungsprozess und ermöglicht, in bestimmten Ausführungsformen, ein wirksameres Erden der Wellenleiterstruktur, als es mit vorherigen Unterschnitten möglich ist.
  • Eine beispielhafte Struktur wird in 3A und 3B gezeigt, wobei 3A eine Querschnittsansicht der Struktur entlang der Linie IIIA-IIIA in 3B ist und 3B eine Draufsicht ist. Ähnlich der Struktur des Standes der Technik von 2, weist diese Struktur einen oberen p-Mantel 301 und einen unteren n-Mantel 303 auf, die einen Wellenleiterkern 302 umschließen. Der obere p-Mantel ist geätzt, um einen Wellenleitersteg 304 bereitzustellen. Eine Opferschicht 305 wird zwischen dem unteren n-Mantel und einem Substrat 306 bereitgestellt. Anstatt eine Reihe von Bohrungen auf beiden Seiten des Wellenleiters bereitzustellen, wie bei bekannten Strukturen, wird eine einzige Bohrung 3079 auf einer Seite des Wellenleiters bereitgestellt. Diese Bohrung weist keinerlei Stützstrukturen auf, die sie kreuzen, und erstreckt sich durch die obere Mantelschicht 301, die Wellenleiter-Kernschicht 302 und die untere Mantelschicht 303 so weit wie die Opferschicht 305. Die Bohrung verläuft parallel zu dem Wellenleitersteg entlang der gesamten Länge der thermisch steuerbaren Sektion. Ätzfluid wird in die Bohrung bereitgestellt, um die Opferschicht zu ätzen, was dazu führt, dass die Sektion, die den Wellenleitersteg enthält, in einer auslagerartigen Anordnung einen Luftspalt 308 überragt. Es können angemessene thermische Eigenschaften erreicht werden, solange das geopferte Material wenigstens über den Wellenleiter hinaus geätzt wird, da dies dazu führt, dass der Wellenleiter thermisch von dem Substrat isoliert wird. Jegliche kleine Überätzung wird entlang der Länge der Bohrung gleichförmig sein und hat wenig Wirkung auf die thermischen Eigenschaften der Struktur.
  • 4 zeigt einen Fertigungsprozess zum Herstellen der Struktur von 3. Es wird eine geschichtete Struktur 400 gefertigt, die, nacheinander, eine Substratschicht 406, eine Opferschicht 405, eine untere Mantelschicht 403, eine Wellenleiter-Kernschicht 402 und eine obere Mantelschicht 401 umfasst. Die obere Mantelschicht umfasst ein oberes Mantelmaterial, z.B. ein p-Mantelmaterial. Die Wellenleiter-Kernschicht umfasst ein Wellenleiter-Kernmaterial. Die untere Mantelschicht umfasst ein unteres Mantelmaterial, z.B. ein n-Mantelmaterial. Die Opferschicht umfasst ein Opfermaterial. Das Substrat umfasst ein Substratmaterial.
  • Die geschichtete Struktur 400 wird dann (z.B. unter Verwendung von Trockenätzen oder einer Kombination von Trockenätzen und Nassätzen) geätzt 4000, 4001, um eine Zwischenstruktur 410 zu erzeugen. Die erste Ätzung 4000 ätzt die obere Mantelschicht 401, um einen Wellenleitersteg 404 und eine geätzte obere Mantelschicht 411 zu bilden. Die Zwischenstruktur weist ebenfalls eine Bohrung 407 auf, die durch die Wellenleiter-Kernschicht 402 und die untere Mantelschicht 403 geätzt worden ist, um eine geätzte Wellenleiter-Kernschicht 412 und eine geätzte untere Mantelschicht 413 zu hinterlassen. Die Bohrung 407 geht durch die obere Mantelschicht, die Wellenleiter-Kernschicht und die untere Mantelschicht hindurch bis zu der Opferschicht. Die obere Mantelschicht 401 kann während des Ätzschrittes 4000 (wie gezeigt) von der Position der Bohrung aus geätzt werden, oder sie kann zusammen mit der Wellenleiter-Kernschicht 402 und der unteren Mantelschicht 403 während des Ätzschrittes 4001 geätzt werden. Falls die obere Mantelschicht nur während des Ätzschrittes 4000 geätzt wird, dass kann sich die Seite der geätzten oberen Mantelschicht 411 nicht an der Kante der Bohrung befinden (wie in der Figur gezeigt).
  • Die Zwischenstruktur wird dann durch die Verwendung einer chemisch selektiven Nassätzung, die in die Bohrung 407 eingeleitet wird, geätzt 4002, um die Wellenleiterstruktur 420 zu erzeugen. Die Nassätzung ätzt vorzugsweise das Opfermaterial, um die geätzte Opferschicht 415 zu bilden, so dass das geopferte Material von einem Bereich entfernt wird, der sich wenigstens von der Bohrung 407 bis jenseits des Wellenleitersteges 404 erstreckt, wobei in diesem Bereich ein Luftspalt 408 zwischen der unteren Mantelschicht 413 und dem Substrat 406 gelassen wird. Der Luftspalt bewirkt, dass der Bereich wärmeisolierend ist. Es wird zu erkennen sein, dass die Wellenleiterstruktur 420 äquivalent zu der in 3 vorgestellten Wellenleiterstruktur ist.
  • Die Ätzprozesse 4001 und 4002 können gesondert durchgeführt werden, oder eine Zwischenstruktur 410 kann durch andere Mittel erzeugt und für den Nassätzprozess 4002 bereitgestellt werden.
  • 5 zeigt ein thermisches Modell der in 3 gezeigten Struktur. Wärme wird auf den Wellenleitersteg 304 angewendet, und das Substrat 306 wird bei einer konstanten Temperatur gehalten. In 3 stellt eine hohe Dichte von Punkten eine hohe Temperatur dar, und eine niedrige Dichte von Punkten stellt eine niedrige Temperatur dar. Der Wärmefluss über die verbleibende Opferschicht ist deutlich zu sehen. Die thermischen Eigenschaften werden von der Breite und Dicke des Überhangs, der Wahl des Opfermaterials und der Dicke des Opfermaterials abhängen.
  • Typische Überhangbreiten sind 20 bis 50 Mikrometer. Typische Opfermaterialdicken sind 0,25 bis 2 Mikrometer. Typische Dicken sowohl der oberen Mantel-, der unteren Mantel- als auch der Wellenleiter-Kernschicht sind 1 bis 3 Mikrometer. Das Opfermaterial befindet sich typischerweise 1 bis 2 Mikrometer unterhalb des optischen Kerns. Der wärmeisolierende Bereich erstreckt sich typischerweise 10 bis 40 Mikrometer über den Wellenleitersteg hinaus, zum Beispiel 30 Mikrometer über den Wellenleitersteg hinaus. Um thermische Effekte an den Enden des Überhangs zu vermeiden, kann sich der Überhang in der Richtung der Achse des Wellenleiters wenigstens 20 Mikrometer von kritischen Merkmalen des Lasers, wie beispielsweise Gittern, wenigstens 50 Mikrometer von solchen Merkmalen oder wenigstens 100 Mikrometer von solchen Merkmalen erstrecken.
  • Die Kombination von Material, das für die Opferschicht, das Ätzfluid und die Mantelschichten verwendet wird, sollte derart gewählt werden, dass das Ätzfluid eine starke Präferenz zum Ätzen des Opfermaterials gegenüber den Mantelschichten aufweist. In dem Fall, dass der Wellenleiterkern für das Ätzfluid verletzlich ist, kann ein Passivierungsdielektrikum auf die freigelegte Oberfläche des Wellenleiterkerns innerhalb der Bohrung aufgebracht werden, um ein Ätzen des Wellenleiterkerns zu verhindern.
  • Als ein Beispiel kann das in der Opferschicht verwendete Opfermaterial eines oder mehrere von InGaAs, AlInAs und AlGalnAs einschließen, und die Mantelschichten können InP einschließen. Mögliche Ätzfluids, welche die Opferschicht, aber nicht bedeutend die Mantelschicht, ätzen würden, schließen Folgendes ein:
    • • H3PO4-H2O2
    • • H2SO4-H2O2
    • • Zitronensäure-H2O2
    • • HNO3
    • • Weinsäure-HNO3
    • • Weinsäure-H2O2
    • • HF-H2O2.
  • Das Opfermaterial in der Opferschicht verbleibt an seinem Platz an den Seiten der Wellenleiterstruktur und kann an seinem Platz in anderen Bereichen des Bausteins als denjenigen, die thermisch steuerbar sind. Dies stellt sicher, dass jene Bereiche thermischen Kontakt mit dem Substrat haben, was bei der Temperatursteuerung jener Bereiche hilft. Anstatt einen Luftspalt in dem geätzten Bereich zu hinterlassen, kann er mit einem wärmeisolierenden Material, d.h., einem Material, das stärker wärmeisolierend ist als das Opfermaterial, gefüllt oder teilweise gefüllt werden.
  • Das in der Opferschicht verwendete Opfermaterial kann ebenfalls als mehr als eine diskrete Schicht geformt sein, obwohl, wenn dies der Fall ist, alle dieser diskreten Schichten noch gemeinsam das Opfermaterial bilden. In einer Anordnung kann das Opfermaterial eine untere Schicht aus AlInAs mit einer oberen Schicht aus InGaAs einschließen. Diese besondere Anordnung hat eine Anzahl von Vorteilen. Auf InGaAs scheint, verglichen mit AlInAs eine bessere Wachstumsmorphologie für nachfolgende Schichten erreichbar zu sein, und Bearbeitungspläne, die eine Kombination von Nassätz- und Trockenätzverfahren einschließen, können vorteilhafterweise eingesetzt werden. Die Kombination von Materialien ermöglicht eine Optimierung der Wärmeleitfähigkeit in der Schicht, die unter der Verstärkungsschicht verbleibt. Die optische Absorption auf Grund von InGaAs hilft, streuendes (nichtgeleitetes) Licht zu kontrollieren. Als eine Alternative kann nur InGaAs als die Opferschicht verwendet werden.
  • 6 zeigt eine beispielhafte Struktur mit weiteren Bestandteilen. Der obere und der untere Mantel 601, 603, die Wellenleiter-Kernschicht 602, der Wellenleitersteg 604, die Opferschicht 605, die Bohrung 607 und das Substrat 606 sind äquivalent zu denen der Struktur in 3. Die Struktur umfasst ferner ein Passivierungsdielektrikum 609, einen Heizwiderstand 610 und Erdkontakte 611, 612. Das Passivierungsdielektrikum 609 schirmt den Wellenleiterkern von der Nassätzung ab und isoliert dien Stegwellenleiter elektrisch von dem Heizwiderstand 610. Das Passivierungsdielektrikum kann dafür angeordnet sein, eine oder beide dieser Funktionen auszuüben. Unter erneuter Bezugnahme auf 4 kann das Passivierungsdielektrikum vor dem Einleiten der Nassätzung 4002 auf die Zwischenstruktur 410 aufgebracht werden. Der Heizwiderstand 610 stellt eine Heizung für den Stegwellenleiter bereit, wie es zum thermischen Abstimmen des Lasers erforderlich ist. Die Erdkontakte 611, 612 bewirken eine Verringerung bei Trägerdichteoszillationen in dem Wellenleiterkern und ein Festhalten des Fermi-Niveaus, was zu einer Unterdrückung von Schrotrauschen und verbesserter Leistung insbesondere im Bereich von 10 MHz bis 100 MHz führt. Da der p-Erdkontakt 611 besser mit dem Wellenleitersteg verbunden ist, als es bei Unterschnittgestaltungen des Standes der Technik möglich ist, ist das Schrotrauschen der gezeigten Struktur, verglichen mit einer äquivalenten Struktur auf Grundlage der in 2 gezeigten, bedeutend verringert. Es sind andere Konfigurationen von Erdkontakten und Heizelementen möglich. Zum Beispiel kann es einen Erdkontakt oben auf dem Wellenleitersteg, mit Heizelementen an beiden Seiten des Steges, oder einen Erdkontakt innerhalb eines oder beider Spalte in der oberen Mantelschicht neben dem Steg. Das/Die Heizelement(e) kann/können in Kontakt mit dem Oberteil des Steges, den Seiten des Steges oder beiden stehen.
  • 7 zeigt eine alternative beispielhafte Struktur. Der obere und der untere Mantel 701, 703, die Wellenleiter-Kernschicht 702, der Wellenleitersteg 704, die Opferschicht 705, die Bohrung 707 und das Substrat 706 sind äquivalent zu denen der Struktur in 3. Die Struktur umfasst ferner Heizwiderstände 709, 710, Erdkontakte 711, 712 und einen Stützsteg 713. Der Erdkontakt 711 ist oben auf dem Wellenleitersteg 704 angeordnet, und die Heizelemente 709, 710 sind in gleichem Abstand auf beiden Seiten des Steges angeordnet. Ein Passivierungsdielektrikum 714 wird bereitgestellt, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Heizelementen und dem Halbleiter zu verhindern. Das Passivierungsdielektrikum 714 weist einen Spalt auf, um einen Kontakt zwischen dem Erdkontakt 711 und dem Wellenleitersteg 704 zu ermöglichen. Diese Anordnung gewährleistet ein verbessertes Phasenrauschen im Verhältnis zu der Anordnung von 6. Der Stützsteg 713 verbessert die mechanische Festigkeit des Überhangs, auf eine Weise, ähnlich einem „C-Träger“ oder „Parallelflanschkanal“, wie sie auf mechanischen Gebieten verwendet werden. Der obere Mantel 701 des Stützsteges 713 kann verdickt sein, um die mechanische Integrität zu steigern.
  • Die zusätzlichen Merkmale von 6 und 7 können in einer beliebigen geeigneten Anordnung oder mit anderen Merkmalen, die in der Offenbarung erwähnt, aber in den Figuren nicht dargestellt werden, kombiniert werden. Zum Beispiel kann eine Struktur mit der Anordnung der Erdkontakte 611, 612 und dem Stützsteg 713, oder mit der Anordnung der Heizwiderstände 709, 710 und des Erdkontakts 712, ohne einen Stützsteg 713, bereitgestellt werden.
  • Eine ähnliche Wärmeisolationsstruktur kann auf einen Laser mit vergrabener Heterostruktur angewendet werden, wie in 8 gezeigt. 8 zeigt eine Wellenleiterstruktur, die einen oberen und einen unteren Mantel 801, 803, eine Wellenleiter-Kernschicht 802, einen Wellenleiter 804, isolierende Bereiche 808, eine Opferschicht 805, eine Bohrung 807 und ein Substrat 806 umfasst. Das Substrat 806, die Bohrung 807 und die Opferschicht 805 sind äquivalent zu denen von 6 und 7. Der Wellenleiter 804 und die isolierenden Bereiche 808 sind äquivalent zu der Struktur 115 und den isolierenden Bereichen 116 von 1B. Die Erdkontakte 811, 812 werden in einer Anordnung gezeigt, die derjenigen von 6 entspricht, können sich aber ebenfalls in einer Anordnung befinden, die zu derjenigen von 7 äquivalent ist. Heizelemente können an einer beliebigen geeigneten Position um die Wellenleiterstruktur 804 angewendet werden, z.B. auf beiden Seiten der Wellenleiterstruktur, wie für die Heizelemente 809, 810 gezeigt. Ein Passivierungsdielektrikum wird angewendet, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Heizelementen 814 und den darunterliegenden Bestandteilen zu verhindern. Um eine ausreichende Wärmeisolation zu gewährleisten, sollte sich der Unterschnitt wenigstens über den Wellenleiterkern hinaus, d.h., über die Wellenleiterstruktur 804 hinaus, erstrecken.
  • Die oben offenbarte Wellenleiterstruktur kann für einen beliebigen Wellenleiter mit einer thermisch steuerbaren Sektion verwendet werden. Zum Beispiel kann die Wellenleiterstruktur in einem Laser mit Bragg-Spiegel (DBR) für die hintere DBR-Sektion und/oder die Phasensteuerungssektion verwendet werden, um eine verbesserte thermische Steuerung dieser Sektionen bereitzustellen.

Claims (27)

  1. Wellenleiterstruktur, die einen Wellenleiter einschließt, der eine thermisch steuerbare Sektion aufweist, wobei die Wellenleiterstruktur mehrere Schichten umfasst, wobei die Schichten, nacheinander, Folgendes umfassen: ein Substrat, eine Opferschicht, eine untere Mantelschicht, eine Wellenleiter-Kernschicht und eine obere Mantelschicht, wobei: die untere Mantelschicht, die Wellenleiter-Kernschicht und die obere Mantelschicht den Wellenleiter bilden, wobei der Wellenleiter einen Wellenleiterkern aufweist, die Wellenleiterstruktur eine durchgehende Bohrung aufweist, die durch die obere Mantelschicht, die Wellenleiter-Kernschicht und die untere Mantelschicht hindurchgeht und parallel zu dem Wellenleitersteg entlang im Wesentlichen der gesamten Länge der thermisch steuerbaren Sektion verläuft, und die Opferschicht einen wärmeisolierenden Bereich einschließt, der sich wenigstens von der Bohrung bis jenseits des Wellenleitersteges entlang der gesamten Länge der thermisch steuerbaren Sektion erstreckt, wobei die Opferschicht ein Opfermaterial außerhalb des wärmeisolierenden Bereichs und einen wärmeisolierenden Spalt oder wärmeisolierendes Material, das die untere Mantelschicht und das Substrat trennt, innerhalb des wärmeisolierenden Bereichs umfasst.
  2. Wellenleiterstruktur nach Anspruch 1, wobei sich der wärmeisolierende Bereich von der Bohrung bis wenigstens 5 Mikrometer jenseits des Wellenleitersteges erstreckt.
  3. Wellenleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche und umfassend ein Passivierungsdielektrikum, das auf eine freigelegte Oberfläche der Wellenleiter-Kernschicht aufgebracht ist.
  4. Wellenleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche und umfassend einen Erdkontakt in elektrischem Kontakt mit der oberen Mantelschicht auf der zu der Bohrung entgegengesetzten Seite des Wellenleiterkerns.
  5. Wellenleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche und umfassend einen Erdkontakt in elektrischem Kontakt mit der oberen Mantelschicht angrenzend an den Wellenleiterkern.
  6. Wellenleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche und umfassend ein Heizelement in thermischem Kontakt mit der oberen Mantelschicht angrenzend an den Wellenleiterkern.
  7. Wellenleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche und umfassend zwei Heizelemente, die auf beiden Seiten des Wellenleiterkerns angeordnet sind.
  8. Wellenleiterstruktur nach Anspruch 6 oder 7 und umfassend ein Passivierungsdielektrikum, das zwischen der oberen Mantelschicht und dem Heizelement aufgebacht ist, wobei das Passivierungsdielektrikum dafür konfiguriert ist, den Wellenleitersteg elektrisch von dem Heizelement zu isolieren.
  9. Wellenleiterstruktur nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Heizelement ein Heizwiderstand ist.
  10. Wellenleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der Opferschicht zwischen 0,5 Mikrometer und 2 Mikrometer beträgt.
  11. Wellenleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Breite des wärmeisolierenden Bereichs 20 Mikrometer bis 40 Mikrometer beträgt, wobei die Dicke in einer Richtung, senkrecht zu dem Wellenleiterkern, und in der Ebene der Opferschicht gemessen wird.
  12. Wellenleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Opfermaterial eines oder mehrere von Folgendem umfasst: Indiumgalliumarsenid, InGaAs, Aluminiumindiumarsenid, AlInAs und Aluminiumgalliumindiumarsenid, AlGalnAs.
  13. Wellenleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Opfermaterial eine untere Schicht aus AlInAs und eine obere Schicht aus InGaAs umfasst.
  14. Wellenleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die obere Mantelschicht einen Wellenleitersteg umfasst, der angrenzend an den Wellenleiterkamm angeordnet ist.
  15. Wellenleiterstruktur nach Anspruch 14 und umfassend einen Stützsteg, der zwischen dem Wellenleitersteg und der Bohrung angeordnet ist, wobei er parallel zu dem Wellenleitersteg im Wesentlichen entlang der gesamten Länge der thermisch steuerbaren Sektion verläuft.
  16. Wellenleiterstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der obere Mantel und die Wellenleiter-Kernschicht einen Wellenleiter umfassen und die Wellenleiterstruktur ferner isolierende Bereiche auf beiden Seiten des Wellenleiters umfasst, die den Wellenleiter von anderen Teilen des oberen Mantels und der Wellenleiter-Kernschicht isolieren.
  17. Abstimmbarer Laser, der die Wellenleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
  18. Laser nach Anspruch 17, wobei die thermisch steuerbare Sektion des Wellenleiters einen Teil eines Bragg-Spiegels (Distributed Bragg reflector) bildet.
  19. Laser nach Anspruch 17, wobei die thermisch steuerbare Sektion des Wellenleiters einen Teil einer Phasensteuerung in einem Laserhohlraum bildet.
  20. Verfahren zum Fertigen eines thermisch gesteuerten Wellenleiters, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Wellenleiterstruktur, wobei die Wellenleiterstruktur, nacheinander, Folgendes umfasst: ein Substrat, eine Opferschicht, eine untere Mantelschicht, eine Wellenleiter-Kernschicht und eine obere Mantelschicht, wobei die untere Mantelschicht, die Wellenleiter-Kernschicht und die obere Mantelschicht den Wellenleiter bilden, wobei der Wellenleiter einen Wellenleiterkern aufweist, die Wellenleiterstruktur eine durchgehende Bohrung aufweist, die durch die obere Mantelschicht, die Wellenleiter-Kernschicht und die untere Mantelschicht hindurchgeht und parallel zu dem Wellenleitersteg entlang im Wesentlichen der gesamten Länge der thermisch steuerbaren Sektion verläuft, Bereitstellen einer Nassätzung für die Opferschicht durch die Bohrung, um Material von wenigstens einem wärmeisolierenden Bereich in der Opferschicht zu entfernen, der sich wenigstens von der Bohrung bis jenseits des Wellenleitersteges entlang der gesamten Länge der thermisch steuerbaren Sektion erstreckt, um einen Spalt zu erzeugen, der die untere Mantelschicht und das Substrat in dem wärmeisolierenden Bereich trennt, wobei die Nassätzung Material der Opferschicht ätzt und nicht Materialien des Substrats und der unteren Mantelschicht ätzt.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Wellenleiterstruktur ferner ein Passivierungsdielektrikum, das auf eine freigelegte Oberfläche der Wellenleiter-Kernschicht aufgebracht wird, umfasst.
  22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei das Ätzfluid ein beliebiges von Folgendem ist: H3PO4-H2O2 H2SO4-H2O2 Zitronensäure-H2O2 HNO3 Weinsäure-HNO3 Weinsäure-H2O2 und HF-H2O2.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die Opferschicht eines oder mehrere von Folgendem umfasst: Indiumgalliumarsenid, InGaAs, Aluminiumindiumarsenid, AlInAs und Aluminiumgalliumindiumarsenid, AlGalnAs.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei die Opferschicht eine Schicht aus AlInAs und eine Schicht aus InGaAs umfasst.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei der Schritt des Bereitstellens der Wellenleiterstruktur Folgendes umfasst: Ätzen der oberen Mantelschicht, um einen Wellenleitersteg zu formen, Ätzen der oberen Mantelschicht, der Wellenleiter-Kernschicht und der unteren Mantelschicht, um die Bohrung zu formen.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Schritte des Ätzens der oberen Mantelschicht und des Ätzens der oberen Mantelschicht, der Wellenleiter-Kernschicht und der unteren Mantelschicht Trockenätzen oder eine Kombination von Trocken- und Nassätzen umfassen.
  27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26 und umfassend, vor den Schritten des Ätzens der oberen Mantelschicht und des Ätzens der oberen Mantelschicht, der Wellenleiter-Kernschicht und der unteren Mantelschicht: Fertigen einer geschichteten Struktur, die, nacheinander, Folgendes umfasst: das Substrat, die Opferschicht, die untere Mantelschicht, die Wellenleiter-Kernschicht und die obere Mantelschicht.
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