DE4115078A1 - Anordnung zur optischen aneinanderkopplung eines aktiven und passiven bauelements der integrierten optik - Google Patents

Description

Für eine nutzvolle Anwendung der integrierten Optik müssen optisch aktive Bauelemente, beispielsweise Halbleiterlaser, zusammen mit passiven Bauelementen, beispielsweise optische Wellenleiter und Phasenmodulatoren, integriert werden. Um im passiven Bauelement die Absorption einer optischen Welle, die im aktiven Bauelement erzeugt und in das passive Bauelement überkoppelt, zu vermeiden, muß die Lichtenergie der im aktiven Bauelement erzeugten optischen Welle kleiner als der Energie­ bandabstand des Materials im passiven Bauelement sein. Dies wird dadurch erreicht, daß die aktiven Bauelemente und die passiven Bauelemente aus verschiedenen Materialien aufgebaut werden. Gleichzeitig muß die optische Kopplung zwischen den Bauelementen gewährleistet bleiben.

Aus Y. Suematsu, S. Arai: "Integrated Optics Approach for Advanced Semiconductor Lasers", Proceedings of the IEEE, Vol. 75 (1987), S. 1472 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur optischen Aneinanderkopplung eines aktiven und passiven Bauelements der integrierten Optik bekannt, bei welchem mittels eines Epitaxieprozesses Schichten für das aktive Bauelement auf ein Substrat aufgebracht werden. Nach einer Maskierung wird in einem Ätzprozeß das aktive Bauelement strukturiert. Anschließend erfolgt ein erneutes Aufwachsen von Schichten, die für das passive Bauelement bestimmt sind. Durch diese Doppelepitaxie entstehen an den Übergangsstellen zwi­ schen dem aktiven und dem passiven Bauelement Kristallstörun­ gen, die eine Dämpfung der in diesen Bauelementen geführten optischen Welle hervorrufen und die elektrische Isolation zwischen diesen beiden Bauelementen beeinträchtigen.

Aus M. Suzuki et al: "Monolithic Integration of InGaAsP/InP Distributed Feedback Laser and Electroabsorption Modulator by Vapor Phase Epitaxy", Journal of Lightwave Technology, Vol. LT-5 (1988), S. 1277 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur optischen Aneinanderkopplung eines aktiven und passiven Bauelements der integrierten Optik bekannt, bei dem auf ein Substrat während eines einzigen Epitaxieprozesses zwei in beabstandeten Ebenen parallel übereinanderliegende und durch eine Zwischenschicht voneinander getrennte schicht- oder streifenartige Wellenleiter aufgewachsen werden, von denen einer für das aktive und der andere für das passive Bauele­ ment bestimmt ist. Die Zwischenschicht ist über die ganze Er­ streckung der beiden Wellenleiter ausgedehnt und mit einer Dicke von weniger als 1 µm so dünn ausgeführt, daß eine im Wellenleiter des aktiven Bauelements erzeugte optische Welle in den Wellenleiter des passiven Bauelements längs der ganzen Erstreckung der beiden übereinanderliegenden Wellenleiter überkoppelt.

Allerdings ist durch diese Anordnung die elektrische Isolation zwischen beiden Bauelementen nicht gegeben, da deren Abstand kleiner ist als die Diffusionslänge von durch äußere elektri­ sche Beschaltung der Bauelemente injizierten Ladungsträgern. Diese Anordnung bildet eine parasitäre Transistorstruktur und die elektrisch unabhängige Ansteuerung des passiven und akti­ ven Bauelements ist nicht mehr möglich (siehe dazu B. Garrett, J.E.A. Whiteaway: "Coupled-guide waveguiding in buried-stripe self-aligned laser", IEE Proceedings, Vol. 134 (1987), Pt.J. S. 123 und M. Ermann et al: "Monolithic Integration of a GaInAs p-i-n Photodiode and an Optical Waveguide: Modelind and Realization Using Chloride Vaper Phase Epitaxy", Journal of Lightwave Technology, Vol. 6 (1987) S. 399).

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur optischen Aneinanderkopplung eines aktiven und passiven Bauelements der integrierten Optik anzugeben, bei der die beiden optisch aneinandergekoppelten Bauelemente zur elektrischen Signalverarbeitung weitgehend elektrisch entkoppelt werden können.

Durch die Erfindung ist mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen eine Anordnung realisiert, bei welcher erfindungsgemäß zwischen dem aktiven und passiven Bauelement eine vertikale Kopplerstruktur eingefügt ist, die im wesentlichen durch die relativ zum Wellenleitern aus opti­ schem Verstärkungsmaterial und zum Wellenleiter aus transpa­ rentem Material kürzere Koppelstrecke definiert ist. Die elektrische Isolation zwischen den beiden Bauelementen ist zumindest dadurch gewährleistet, daß die Koppelstrecke länger, in der Regel um ein Vielfaches länger, als die Diffusionsweg­ länge elektrischer Ladungsträger im optischen Verstärkungsma­ terial ist.

Durch die im Anspruch 2 angegebene Ausgestaltung der Erfindung ist eine vollständige Verkopplung der beiden Bauelemente bei kleinsten Abmessungen möglich.

Zum Aneinanderkoppeln und vollständigen Verkoppeln der beiden Bauelemente ist gemäß Anspruch 3 eine Zwischenschicht ge­ eignet, die hinsichtlich ihrer Dicke und ihres Materials gleich der obengenannten bekannten Zwischenschicht ausgeführt sein kann. Die optische Kopplung und gegenseitige optische und elektrische Isolierung der Bauelemente läßt sich bei der Er­ findung durch die im Anspruch 4 angegebene Maßnahme auf sehr einfache Weise bei geringstem technologischem Aufwand und optimaler Wirkung erreichen.

Der optische Wellenleiter aus optischem Verstärkungsmaterial und der Wellenleiter aus transparentem Material haben in die­ sem Fall vorzugsweise eine Struktur, wie sie im Anspruch 5 angegeben ist und die epitaktisch einfach herstellbar ist. In diesem Fall kann, soweit benötigt, ein streifenartiger Wel­ lenleiter auf einfache Weise durch eine Rippe einer Mantel­ schicht definiert werden (Anspruch 6).

Elektroden eines elektrisch zu beschaltenden passiven Bauele­ ments werden zweckmäßigerweise so ausgeführt, wie es im An­ spruch 7 angegeben ist, wohingegen Elektroden eines aktiven Bauelements so auszuführen sind, wie es aus Anspruch 8 hervor­ geht.

Auf der vom Wellenleiter aus transparentem Material abgekehr­ ten Seite des Wellenleiters aus optischem Verstärkungsmaterial ist eine Elektrode zweckmäßigerweise sowohl im Bereich der Koppelstrecke als auch außerhalb dieses Bereiches vorzusehen. Dies kann so ausgeführt sein, wie es im Anspruch 9, oder so, wie es im Anspruch 10 angegeben ist, wobei die im Anspruch 10 angegebene Version den Vorteil aufweist, daß der Grad der optischen Kopplung unabhängig steuerbar ist. Das optische Verstärkungsmaterial ist vorzugsweise Halbleitermaterial (An­ spruch 11). Das transparente Material des Wellenleiters des passiven Bauelements ist vorzugsweise ebenfalls Halbleiter­ material (Anspruch 12). In dem Fall, daß sowohl das optische Verstärkungsmaterial als auch das transparente Material aus Halbleitermaterial bestehen, muß das Halbleitermaterial des Wellenleiters des passiven Bauteils einen größeren Energie­ bandabstand als das Halbleitermaterial des passiven Bauele­ ments aufweisen. Als Halbleitermaterial können beispielsweise III-V-Halbleiter verwendet werden. Das optische Verstärkungs­ material kann auch aus anderen Materialien als Halbleiter­ material bestehen, beispielsweise aus mit Erbium dotiertem Glas. Auch das transparente Material kann aus anderen Mate­ rialien als Halbleitermaterial bestehen, beispielsweise aus Glas.

Das aktive Bauelement ist vorzugsweise ein optischer Ver­ stärker (Anspruch 13), insbesondere ein optischer Verstärker mit einem optischen Resonator (Anspruch 14) oder Laser.

Beim Vorhandensein eines solchen optischen Resonators kann das passive Bauelement außerhalb (Anspruch 15) oder innerhalb (Anspruch 16) des Bereichs des optischen Resonators angeordnet sein.

In vielen Anwendungsfällen ist das passive Bauelement vorzugs­ weise ein optischer Modulator (Anspruch 17).

Ein einfaches Verfahren zur Herstellung einer erfindungsge­ mäßen Anordnung ist im Anspruch 18 angegeben. Die Ansprüche 19 bis 22 geben vorteilhafte und/oder bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 18 an.

Die Erfindung wird anhand der Figuren in der nachfolgenden Be­ schreibung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungs­ beispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2a bis 2g in Seitenansicht verschiedene Stufen bei der Herstellung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, angefangen von einer Ausgangsstufe bis zum fertigen Endprodukt, wobei die Seitenansicht der rechten Seite der in Fig. 1 dargestellten Anordnung entspricht,

Fig. 3 in stärker vereinfachter Darstellung und in der ge­ nannten Seitenansicht eine erfindungsgemäße Anordnung, die den Wirkungsbereich der Lichtverstärkung im akti­ ven Bauelement veranschaulicht,

Fig. 4 in der Darstellung nach Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung, bei welcher das passive Bauelement außer­ halb des Bereichs eines optischen Resonators des aktiven Bauelements angeordnet ist,

Fig. 5 in der Darstellung nach Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung, bei welcher das passive Bauelement inner­ halb des Bereichs eines optischen Resonators des aktiven Bauelements angeordnet ist,

Fig. 6 in der Darstellung nach Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der sich eine Elektrode des aktiven Bauelements sowohl innerhalb als auch außerhalb des Bereichs der Koppelstrecke erstreckt,

Fig. 7 in einem elektrischen Ersatzschaltbild die Verschal­ tung der Anordnung nach Fig. 6 zur Erläuterung der Betriebsweise und des Betriebsverhaltens dieser Anord­ nung,

Fig. 8 in der Darstellung nach Fig. 3 die erfindungsgemäße Anordnung, bei der das aktive Bauelement eine sich außerhalb des Bereichs der Koppelstrecke erstreckende Elektrode und getrennt davon eine im Bereich der Kop­ pelstrecke angeordnete Elektrode aufweist, und

Fig. 9 in einem elektrischen Ersatzschaltbild die Verschal­ tung der Anordnung nach Fig. 8 zur Erläuterung der Betriebsweise und des Betriebsverhaltens dieser An­ ordnung.

Die Zeichnungen sind nicht maßstäblich.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind ein Halbleiter­ laser als aktives Bauelement 1 und ein optischer Modulator als passives Bauelement 2 durch die Koppelstrecke 3 der Länge w optisch aneinandergekoppelt.

Der Halbleiterlaser 1 erstreckt sich im wesentlichen im Be­ reich L, jedoch ist die Koppelstrecke 3 mit in den Pumpbereich dieses Lasers 1 mit einbezogen. Dieser Laser 1 ist auf dem optischen Wellenleiter 10 aus optischem Verstärkungsmaterial ausgebildet, der durch die zwischen der unteren Mantelschicht 13 und der die optische Kopplung vermittelnden Zwischenschicht 12 angeordneten wellenleitenden Schicht aus dem optischen Ver­ stärkungsmaterial und durch die an der unteren Mantelschicht 13 ausgebildete Rippe 14 definiert ist. Diese in der Richtung z verlaufende Rippe 14 bewirkt, daß sich eine in der wellen­ leitenden Schicht 11 erzeugte und geführte optische Welle im wesentlichen nur im Bereich der Rippe 14 und nur in der Richtung z und entgegengesetzt ausbreitet. Diese Rippe 14 definiert somit einen streifenartigen optischen Wellenleiter, in welchem sich eine optische Welle nur in seiner Längsrich­ tung und nicht wie bei einem flächigen schichtartigen Wellen­ leiter in zwei Richtungen ausbreitet. Der Wellenleiter 10 könnte auch ein flächiger schichtartiger Wellenleiter oder ein durch andere optische Mittel als durch die Rippe 14 defi­ nierter Wellenleiter sein, beispielsweise ein Wellenleiter, der seitlich durch einen Brechzahlsprung begrenzt ist. Dies gilt ebenso für Wellenleiter 20 des passiven Bauelements 2.

Zum Pumpen des Lasers 1 ist im Bereich L außerhalb der Koppel­ strecke 3 auf der Zwischenschicht 12 eine Elektrode 15 aufge­ bracht, und auf der Rippe 14 der unteren Mantelschicht 13 be­ findet sich eine Elektrode 16, die sich sowohl im Bereich der Koppelstrecke 3 als auch im Bereich L erstreckt, und die be­ wirkt, daß der Bereich der Koppelstrecke 3 mit in den Pumpbe­ reich des Lasers 1 einbezogen ist.

Die Spiegel des optischen Resonators des Lasers 1 sind in der Fig. 1 nicht gezeigt.

Der optische Modulator 2 erstreckt sich im wesentlichen im Bereich M und ist auf dem optischen Wellenleiter 20 aus trans­ parentem Material ausgebildet, der durch die zwischen der Zwi­ schenschicht 12 und der oberen Mantelschicht 22 angeordnete wellenleitende Schicht 21 aus dem optisch transparenten Ma­ terial und durch die beiden an der oberen Mantelschicht 22 ausgebildeten Rippen 23 und 24 definiert ist, die im räum­ lichen Abstand nebeneinander in der Richtung z verlaufen und zwei parallele streifenartige Wellenleiter des Modulators 2 definieren.

Diese Rippen 23 und 24 erstrecken sich nur im Bereich M des Modulators 2, während sich die wellenleitende Schicht 21 zu­ sammen mit der oberen Mantelschicht 22 sowohl im Bereich M als auch im Bereich der Koppelstrecke 3, nicht aber im Bereich L des Lasers 1 erstrecken, der seinerseits in der Koppelstrecke 3 endet.

Der optische Wellenleiter 10 aus optischem Verstärkungsmate­ rial und der optische Wellenleiter 20 aus optisch transparen­ tem Material sind somit in der Richtung z gegeneinander ver­ setzt und überlappen sich nur im Bereich der Koppelstrecke 3, die durch diesen Überlappungsbereich definiert ist.

Im Bereich der Koppelstrecke 3 bildet die aus der unteren Mantelschicht 13, der wellenleitenden Schicht 11 aus optischem Verstärkungsmaterial, der Zwischenschicht 12, der wellenlei­ tenden Schicht 21 aus optisch transparentem Material und der oberen Mantelschicht 22 bestehende Schichtstruktur eine ver­ tikale Koppelstruktur der Länge w in Richtung z, wobei diese Länge w so gewählt ist, daß eine in der wellenleitenden Schicht 11 aus optischem Verstärkungsmaterial erzeugte und in Richtung z geführte Welle vollständig in die wellenleitende Schicht 21 aus optisch transparentem Material überkoppelt und in dieser Schicht 21 unterhalb der Rippen 23 und 24 in Rich­ tung z fortgeführt wird. Die Bereiche 28 und 29 deuten die Querschnittsbereiche an, in denen das Licht in der Schicht 21 aus optischem transparentem Material im wesentlichen geführt wird. Die Länge w kann bei einer Dicke von weniger als 1 µm der Zwischenschicht 12 weniger als 100 µm betragen.

Die für den Betrieb des Modulators notwendigen Elektroden 25 und 27 sind auf den Rippen 23 und 24 und auf der Unterseite der Zwischenschicht 12 aufgebracht, wobei sich diese Elek­ trode nicht in den Bereich der Koppelstrecke 3, sondern nur außerhalb dieses Bereiches erstrecken.

Die Wellenleiter 10 und 20 sind außerhalb des Bereichs der Koppelstrecke 3 aufgrund der räumlichen Trennung optisch und elektrisch vollständig voneinander isoliert. Die elektrische Isolation dieser Wellenleiter 10 und 20 ist im Bereich der Koppelstrecke 3 dadurch gewährleistet, daß die Länge w um ein Vielfaches größer als die Diffusionsweglänge der elektrischen Ladungsträger im optischen Verstärkungsmaterial ist.

Die gestrichelte Linie 26 in Fig. 1 und in den Fig. 3 bis 6 und 8 deutet den Weg an, auf dem das Licht vom Laser 1 bzw. aktiven Bauelement in den Modulator 2 bzw. das passive Bau­ element überkoppelt. Das Überkoppeln des Lichts ist voll­ ständig nach einer definierten Länge der Koppelstrecke 3 erfolgt. Die Länge w der Koppelstrecke 3 kann oder sollte gleich dieser definierten Länge gewählt sein. Ein erneutes Zurückkoppeln des in den Wellenleiter 20 übergekoppelten Lichts ist nicht mehr möglich, da in Richtung z keine parallel gelegene wellenleitende Schicht mehr vorhanden ist. Das Licht koppelt nun in den durch die Rippen 23 und 24 definierten Modulator 2 ein und kann dort mit an die Elektroden 25 und 27 angelegter elektrischer Spannung, beispielsweise durch Phasen- und Überkoppelmodulation moduliert werden.

Die Herstellung der Anordnung nach Fig. 1 wird anhand der Fig. 2a bis 2g beispielhaft erläutert.

Ausgangskörper ist der in Fig. 2a dargestellte Schichten­ stapel 5 auf einem Substrat 6. Dieser Schichtenstapel 5 besteht aus der unmittelbar auf dem Substrat 6 aufgebrachten unteren Mantelschicht 13, der wellenleitenden Schicht 11 aus optischem Verstärkungsmaterial auf der unteren Mantelschicht 13, der Zwischenschicht 12 auf der Schicht 11, der wellen­ leitenden Schicht 21 aus optisch transparentem Material auf der Zwischenschicht 12 und der oberen Mantelschicht 22 auf der Schicht 21. Dieser Schichtenstapel 5 kann vorteilhafterweise während eines einzigen Epitaxieprozesses auf dem Substrat 6 erzeugt werden.

In einem ersten Ätzprozeß werden in der oberen Mantelschicht 22 die Rippen 23 und 24 des Modulators 2 erzeugt, wobei die obere Mantelschicht 22 außerhalb des Bereiches der Rippen 23 und 24 bestehen bleibt. Die Fig. 2b zeigt das nach diesem ersten Ätzprozeß entstandene Gebilde.

In einem zweiten Ätzprozeß werden im Bereich L die obere Man­ telschicht 22 und die wellenleitende Schicht 21 entfernt, wo­ bei die Zwischenschicht 12 in diesem Bereich L ganz oder zumindest in reduzierter Dicke bestehen bleibt. Die Fig. 2c zeigt das nach diesem zweiten Ätzprozeß entstandene Gebilde, das an der Grenze zwischen dem Bereich L und der Koppelstrecke 3 eine Stufe aufweist. Die Elektroden 25 und 15 können nach diesem zweiten Ätzprozeß bereits aufgebracht werden, sie sind aber in den Fig. 2c bis 2f der Einfachheit halber fortge­ lassen.

Auch eine Einbettung in elektrisch isolierendes Material, die zweckmäßigerweise nach diesem zweiten Ätzprozeß vorgenommen wird, ist in den Fig. 2c bis 2g der Einfachheit halber fortgelassen.

In einem dritten Ätzschritt wird das Substrat 6 entfernt, so daß das in Fig. 2d dargestellte Gebilde entsteht.

In einem vierten Ätzschritt wird in der unteren Mantelschicht 13 die Rippe 14 des Lasers 1 erzeugt, wobei die untere Mantel­ schicht 13 außerhalb des Bereichs der Rippe 14 bestehen bleibt, so wie es aus der Fig. 2e hervorgeht.

In einem fünften Ätzschritt werden im Bereich M und einem zwischen diesem Bereich M und der Koppelstrecke 3 liegenden Zwischenbereich die untere Mantelschicht 13 und die wellen­ leitende Schicht 11 des Lasers 1 entfernt, wobei die Zwischen­ schicht 12 in diesen Bereichen ganz oder zumindest in redu­ zierter Dicke bestehen bleibt. Nach diesem fünften Ätzschritt ist das in Fig. 2f dargestellte Gebilde entstanden, das an der Grenze zwischen dem genannten Zwischenbereich und der Koppelstrecke 3 eine weitere Stufe aufweist.

Nach dem Aufbringen der Elektroden 16 und 27 auf der Unter­ seite des Gebildes nach Fig. 2f ist die in der Fig. 2g dar­ gestellte fertige Anordnung entstanden.

Generell wird bei einer erfindungsgemäßen Anordnung der Wellen­ leiter 10 aus optischem Verstärkungsmaterial bis zum vollkom­ menen Überkoppeln der optischen Welle in den parallel liegen­ den Bereich des Wellenleiters 20 aus optisch transparentem Material elektrisch gepumpt, d. h. die im Wellenleiter 10 auf­ tretende Dämpfung wird durch die Verstärkung kompensiert. Die Fig. 3 veranschaulicht den Wirkungsbereich der Verstärkung im optischen Lichtweg 26 durch den schräg schraffierten Bereich 100.

Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt den Aufbau des passiven Bauelements 2 sowohl außerhalb als auch innerhalb eines opti­ schen Resonators des aktiven Bauelements.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 liegt das passive Bauelement 2 außerhalb des Bereichs R des optischen Resonators, der bei­ spielsweise dadurch gebildet ist, daß die Stirnflächen 101 und 102 des Wellenleiters 10 des aktiven Bauelements 1 verspie­ gelt, die von der Koppelstrecke 3 fernliegende Stirnfläche 201 des Wellenleiters 20 des passiven Bauelements 2 dagegen ent­ spiegelt ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 5 liegt das passive Bauelement innerhalb des Bereiches R des optischen Resonators, der da­ durch gebildet ist, daß die von der Koppelstrecke 3 fernlie­ gende Stirnfläche 101 des Wellenleiters 10 und die von der Koppelstrecke 3 fernliegende Stirnfläche 201 des Wellenleiters 20 verspiegelt sind und bei der anderen Stirnfläche 102 des Wellenleiters 10 ein optischer Sumpf ausgebildet ist. Dieser Sumpf kann dadurch gebildet sein, daß ein in dieser Stirn­ fläche 102 endender Endabschnitt s des Wellenleiters 10 unge­ pumpt bleibt, indem er von Pumpelektroden freigehalten wird.

Bei der in Fig. 6 sehr vereinfacht dargestellten Anordnung nach Fig. 1 erstreckt sich die eine Elektrode 16 des Lasers sowohl über den Bereich L als auch über den Bereich der Kop­ pelstrecke 3. Die elektrische Isolation dieser Anordnung ist durch die räumliche Trennung der Laserdiode 1, die in Fluß­ richtung betrieben wird, und des Modulators 2, der in Sperr­ richtung betrieben wird, gegeben.

Die Fig. 7 zeigt die beiden unabhängigen Stromkreise. Sie sind nicht elektrisch miteinander verkoppelt, da die Länge w größer ist als die Diffusionsweglänge der am Leitungsmechanis­ mus in der Laserdiode beteiligten Ladungsträger.

Die in der Fig. 8 sehr vereinfacht dargestellte Anordnung nach Fig. 1 unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 6 lediglich dadurch, daß sich die eine Elektrode 16 des Lasers nur im Bereich L erstreckt, während im Bereich der Koppel­ strecke eine gesonderte Elektrode 17 angeordnet ist, die unab­ hängig von der Elektrode 16 ansteuerbar ist. Die durch die Elektroden 16 und 17 zweigeteilte Elektrodenstruktur erlaubt das voneinander unabhängige Pumpen des Wellenleiters 10 inner­ halb und außerhalb der Koppelstrecke 3.

Das Kontaktieren der einzelnen Bauelementes 1 und 2 ist durch elektrolytische Verstärkung der aufgedampften Schichten, vor­ zugsweise Goldschichten, vereinfacht. Dieses Verfahren senkt zugleich die Zuleitungswiderstände und erhöht die mechanische Stabilität des Bauelements. Zusätzlich wird die Ableitung der Verlustwärme verbessert. Durch Mehrfachbonden (siehe Fig. 6 und 8, Position 7) wird eine stabile Verbindung zum Gehäuse hergestellt.

Zur weiteren Stabilisierung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften wird die gesamte Anordnung in isolierendes Material eingebettet. Damit ist die dünne Anordnung vor äuße­ ren Einflüssen geschützt. Neben der elektrischen Isolation aufgrund einer Koppelstrecke w, die größer als die Diffu­ sionsweglänge der Ladungsträger im optisch aktiven Material ist, ergeben sich für den Schichtaufbau der Gesamtstruktur Potentialbarrieren im Bereich der Koppelstrecke, die zusätz­ lich die elektrische Entkopplung beider Wellenleitersysteme verbessern.

Claims (22)

1. Anordnung zur optischen Aneinanderkopplung mindestens eines aktiven und passiven Bauelements (1, 2) der integrierten Optik,
wobei das aktive Bauelement (1) auf einem schicht- oder strei­ fenartigen optischen Wellenleiter (10) aus optischem Verstär­ kungsmaterial und das passive Bauelement (2) auf einem schicht- oder streifenartigen optischen Wellenleiter (20) aus optisch transparentem Material ausgebildet ist, und
wobei der Wellenleiter (10) aus optischem Verstärkungsmaterial und der Wellenleiter (20) aus transparentem Material parallel zueinander in beabstandeten Ebenen angeordnet und längs einer bestimmten gemeinsamen Koppelstrecke (3) optisch aneinander gekoppelt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Koppelstrecke (3) kürzer als jeder der beiden Wellen­ leiter (10, 20), aber länger als eine Diffusionsweglänge elektrischer Ladungsträger im optischen Verstärkungsmaterial ist, und
daß die beiden Wellenleiter (10, 20) zumindest außer­ halb der Koppelstrecke (3) optisch und elektrisch gegeneinan­ der isoliert sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Koppelstrecke (3) eine Länge (w) hat, die mindestens gleich einer definierten Minimallänge ist, die für eine vollständige Überkopplung einer im Wel­ lenleiter (10) aus optischem Verstärkungsmaterial geführten optischen Welle in den Wellenleiter (20) aus transparentem Material genügt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Wellenleiter (10, 20) durch eine sich im Bereich der Koppelstrecke (3) er­ streckende und zwischen den beiden Wellenleitern (10, 20) angeordnete Zwischenschicht (12) optisch aneinander ge­ koppelt sind.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Wellenleiter (10, 20) nicht vollständig, sondern nur teilweise überlappen und daß die Koppelstrecke (3) durch den Überlappungsbereich definiert ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wellenleiter (10) aus optischem Verstärkungsmaterial durch eine zwischen einer Mantelschicht (13) und der Zwischenschicht (12) angeordnete wellenleitende Schicht (11) aus dem optischen Verstärkungsmaterial und der Wellenleiter (20) aus transparentem Material durch eine zwi­ schen der Zwischenschicht (12) und einer auf der von der einen wellenleitenden Schicht (11) aus optischem Verstär­ kungsmaterial abgekehrten Seite der Zwischenschicht (12) befindlichen anderen Mantelschicht (22) angeordneten wellen­ leitenden Schicht (21) aus dem transparenten Material defi­ niert sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet daß ein streifenartiger Wellenleiter (10, 20) aus optischem Verstärkungsmaterial oder transparentem Material durch eine an der einen oder anderen Mantelschicht (13; 22) ausgebildete Rippe (14; 23, 24) definiert ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (20) aus transparentem Material außerhalb der Koppelstrecke (3) beidseitig Elektroden (25, 26) aufweist und im Bereich der Koppelstrecke (3) elektrodenfrei ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (10) aus optischem Verstärkungsmaterial beid­ seitig Elektroden (15, 16; 15, 16, 17) aufweist und auf der dem Wellenleiter (20) aus transparentem Material zugekehrten Seite im Bereich der Koppelstrecke (3) elektrodenfrei ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wellenleiter (10) aus optischem Verstärkungsmaterial auf der vom Wellenleiter (20) aus trans­ parentem Material abgekehrten Seite eine Elektrode (16) auf­ weist, die sich sowohl im als auch außerhalb des Bereichs der Koppelstrecke erstreckt.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wellenleiter (10) aus optischem Verstärkungsmaterial auf der vom Wellenleiter (20) aus trans­ parentem Material abgekehrten Seite eine sich nur außerhalb des Bereichs der Koppelstrecke (3) sich erstreckende Elektrode (16) und eine davon getrennte und gesondert ansteuerbare Elek­ trode (17) aufweist, die sich nur im Bereich der Koppelstrecke (3) erstreckt.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Verstärkungsmaterial aus Halbleitermaterial besteht.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Material aus Halbleitermaterial besteht.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Bauelement (1) ein optischer Verstärker ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das aktive Bauelement (1) ein optischer Verstärker mit einem optischen Resonator (41, 42) ist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das passive Bauelement (2) außerhalb des Bereichs (R) des optischen Resonators (41, 42) angeordnet ist.

16. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das passive Bauelement (2) innerhalb des Bereichs (R) des optischen Resonators (41, 42) angeordnet ist.

17. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das passive Bauelement (2) ein optischer Modulator ist.

18. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß, ausgehend von einem Schichtenstapel (5), die eine den Wellenleiter (10) aus optischem Verstär­ kungsmaterial definierende wellenleitende Schicht (11) aus dem optischen Verstärkungsmaterial, eine den Wellenleiter (20) aus transparentem Material definierende wellenleitende Schicht (21) aus dem transparenten Material und eine zwischen diesen wellenleitenden Schichten (11, 21) angeordnete und die opti­ sche Kopplung zwischen diesen wellenleitenden Schichten (11, 21) vermittelnde Zwischenschicht (12) aufweist,
in einem Horizontalabschnitt (L oder M) des Schichtenstapels (5) eine (21 bzw. 11) der beiden wellenleitenden Schichten (11, 21) entfernt und die andere wellenleitende Schicht (11 bzw. 21) stehengelassen wird, und
in einem durch einen horizontalen räumlichen Abstand (w) von dem einen Horizontalabschnitt (L bzw. M) getrennten anderen Horizontalabschnitt (M bzw. L) des Schichtenstapels (5) die andere wellenleitende Schicht (11 bzw. 21) entfernt und die eine wellenleitende Schicht (21 bzw. 11) stehengelassen wird, und
daß zumindestens in dem Horizontalabschnitt (L), in welchem die wellenleitende Schicht (11) aus optischem Verstärkungs­ material stehengeblieben ist, Elektroden (16, 17) auf beiden Seiten dieser wellenleitenden Schicht (11) ausgebildet werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Schichtenstapel (5) verwendet wird, bei dem auf der von der Zwischenschicht (12) abgekehrten Seite der wellenleitenden Schicht (11) aus optischem Verstärkungs­ material eine Mantelschicht (13), die mit dieser wellenleiten­ den Schicht (11) abschnittsweise entfernt oder stehengelassen wird, und/oder auf der von der Zwischenschicht (12) abgekehr­ ten Seite der wellenleitenden Schicht (21) aus transparentem Material eine Mantelschicht (22), die mit dieser wellenleiten­ den Schicht (21) abschnittsweise entfernt oder stehengelassen wird, vorgesehen ist.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet daß eine Mantelschicht (13, 22) zur Bildung bestimmter schicht- oder streifenartiger optischer Wellenleiter (10, 20) definiert strukturiert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet daß eine Mantelschicht (13, 22) vor dem ab­ schnittsweisen Entfernen strukturiert wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch ge­ kennzeichnet daß ein auf einem Substrat (6) auf­ gebrachter Schichtenstapel (5) verwendet wird, daß die auf der von dem Substrat (6) abgekehrten Seite der Zwischenschicht (12) befindliche Mantelschicht (22 bzw. 13) und wellenleitende Schicht (21 bzw. 11) abschnittsweise entfernt werden, danach das Substrat (6) entfernt wird und danach die auf der dem Substrat (6) zugekehrt gewesenen Seite der Zwischenschicht (12) befindliche Mantelschicht (13 bzw. 22) und wellenleitende Schicht (11 bzw. 21) abschnittsweise entfernt werden.