DE60018418T2

DE60018418T2 - Kompensation des Brechungsindexes von aufgeputschtem InP

Info

Publication number: DE60018418T2
Application number: DE60018418T
Authority: DE
Inventors: Max Alex Charles Stellmacher
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: EP1186918B1; US20020028054A1; WO2002021175A1; EP1186918A1; DE60018418D1; AU2001271499A1; US6766092B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen optoelektronische Vorrichtungen und genauer einen optischen Modentransformer bzw. Modenwandler.
2. Technischer Hintergrund
Optische Modenwandler (OMT) verringern bekanntlich eine optische Kopplungsdämpfung durch das Transformieren einer Mode zwischen einer kleineren Mode einer optischen Vorrichtung und einer größeren Mode einer optischen Faser. Die Transformation der Punktgröße wird vom Bereich von 1–2μm der (üblicherweise elliptischen) geleiteten Mode der optischen Vorrichtung (wie z.B. einem Laser) bis zum Bereich von 8–10μm der (kreisförmigen) geleiteten Mode in der optischen Faser (üblicherweise Single-Mode) benötigt. Der OMT ist der Bereich in einer elektrooptischen Vorrichtung, welcher die monolithisch innerhalb der elektrooptischen Vorrichtung definierte optische Vorrichtung enthält, in welcher die Form der geführten bzw. geleiteten Welle umgewandelt wird. Die Transformation wird durch die Veränderung der Form der Wellenleiter erhalten, wie z.B. durch Verjüngen. Eine ladungsträgerinduzierte Änderung des Brechungsindex des für den OMT verwendeten Materials weist aufgrund des Dotierens eine höhere Kopplungsdämpfung auf, als erwartet wurde. Das Vorhandensein von Dotierstoffen bzw. Dotiersubstanzen mit entgegengesetzten Leitfähigkeiten ist für die Elektronenübertragung aktiver optischer Vorrichtungen erforderlich. In einem typischen Laser ist beispielsweise ein aktiver Bereich zwischen einer n-dotierten Pufferschicht und einer p-dotierten, überwachsenen Schicht angeordnet. Es ist bekannt, dass die n-Dotierung den Brechungsindex mehr verändert, als die p-Dotierung. Zwar können auch andere III-V-Verbindungen verwendet werden, aber InP wird oft für eine schnelle optische Elektronik verwendet, wie z.B. über 10GHz, da eine InP-Vorrichtung schneller (Ladungsträgerbeweglichkeit ist höher) als eine GaAs-Vorrichtung ist. Wenn die InP-Schicht dotiert ist (n oder p), sind freie Ladungsträger im InP-Material, im Leitungsband oder im Valenzband vorhanden. Diese Ladungsträger können Licht absorbieren (d.h. ein Photon durch einen Bandübergang absorbieren). Wenn die Absorption geändert wird, wird auch der Index geändert. Aufgrund des effektiven Massenunterschieds zwischen einem Elektron und einem Loch ist die Indexänderung für den gleichen Dotierpegel für die n-(Elektronen-) Dotierung ausgeprägter. Daher besteht ein Bedarf diesen Unterschied in der ladungsträgerinduzierten Änderung im Brechungsindex eines OMT zu verringern, um die Kopplungsdämpfung des OMT weiter zu verringern.
Brenner und andere beschreiben in „Compact InGaAsP/InP laser diodes with integrated mode expander for efficient coupling to flat-ended single mode fibers", Electronics Letters, Band 31, Nummer 5, Seiten 1443 bis 1445 (1995), einen Laser mit einem integrierten Modenexpander. Der Laser beinhaltet einen InGaAsP-Wellenleiter auf einer unteren Mantelschicht aus InP/InGaAsP.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Modenwandler nach Anspruch 1, welcher einen passiven Wellenleiter mit einer ersten Zusammensetzung aufweist, welche zwischen zwei Schichten aus einer zweiten Zusammensetzung angeordnet ist. Eine p-dotierte, nachgewachsene Schicht, welche die zweite Zusammensetzung aufweist, ist auf der Oberseite des passiven Wellenleiters angeordnet. Ein kompensierter, n-dotierter Puffer ist unterhalb des passiven Wellenleiters angeordnet. Der kompensierte, n-dotierte Puffer weist eine erste Zusammensetzung und eine ausreichende Konzentration einer dritten Zusammensetzung auf, so dass die kompensierte, n-dotierte Pufferschicht einen verringerten Indexunterschied zwischen der p-dotierten, nachgewachsenen Schicht und der kompensierten, n-dotierten Pufferschicht aufweist, um den Indexunterschied zwischen der p-dotierten, nachgewachsenen Schicht und einem nicht kompensierten, n-dotierten Puffer zu kompensieren, um die Symmetrie der geleiteten Lichtwelle zu erhalten.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung dargelegt und teilweise für jemanden mit technischen Fähigkeiten aus dieser Beschreibung leicht ersichtlich sein oder durch das Ausüben der Erfindung, wie hierin beschrieben wurde, erkannt werden, welche die folgende detaillierte Beschreibung, die Ansprüche sowie die anhängenden Zeichnungen beinhaltet.
Es sollte klar sein, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft für die Erfindung sind und einen Überblick oder eine grundlegende Struktur zum Erläutern des Wesens und Charakters der Erfindung liefern sollen, wie sie beansprucht wurde. Die beiliegenden Zeichnungen sind enthalten, um eine weitere Erläuterung der Erfindung zu liefern, und sind in dieser Beschreibung enthalten und bilden einen Teil derselben.
Die Zeichnungen veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien und Betätigung der Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vereinfachte Teilansicht im Querschnitt eines Modenwandlers gemäß den Lehren der Erfindung;
2 ist eine Seitenansicht der 1, welche ein detaillierteres zweidimensionales Vektorfeld zeigt, und eine Strukturansicht des kompensierten Puffers 110 einer zweiten Ausführungsform des Modenwandlers der 3 gemäß den Lehren der Erfindung; und
3 ist eine Perspektivansicht der zweiten Ausführungsform des Modenwandlers, welche der ersten Ausführungsform 10 der 1 ähnelt, welche gemäß den Lehren der Erfindung auf einer Hauptplatine montiert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird detailliert Bezug auf die derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung genommen, von welcher ein Beispiel in den anhängenden Zeichnungen veranschaulicht ist, wobei die Abbildungen nicht maßstabgerecht sind. Wenn möglich werden durchgehend die gleichen Bezugsnummern in den Zeichnungen verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile Bezug zu nehmen. Eine beispielhafte Ausführungsform des Modenwandlers der vorliegenden Erfindung wird in 1 gezeigt und wird durchgehend allgemein mit der Bezugsnummer 10 gekennzeichnet. Gemäß der Erfindung beinhaltet die vorliegende Erfindung für den Modenwandler einen passiven Wellenleiter 120, welcher eine erste Zusammensetzung coexistierend zu einer zweiten Zusammensetzung zum Liefern einer geleiteten Lichtwelle aufweist. Zwar sind auch andere III-V-Verbindungen zur Hochgeschwindigkeitsbetätigung verwendbar, aber die erste Zusammensetzung ist vorzugsweise InP, welche neben der zweiten Zusammensetzung aus GaAs besteht, um eine quatärinäre passive Wellenleiterschicht 120 aus InGaAsP zu liefern, welche als Kern für die geleitete Lichtwelle dient, welche innerhalb desselben zu begrenzen ist, und einen Brechungsindex des Kerns aufweist.
Eine p-dotierte, nachgewachsene Schicht 130, welche die erste Zusammensetzung aufweist, ist auf der Oberseite des passiven Wellenleiters 120 angeordnet. Für Hochgeschwindigkeitsanwendungen ist die p-dotierte, nachgewachsene Schicht 130 vorzugsweise ein epitaktisches Wachstum des InP mit einem Brechungsindex des Nachgewachsenen, welcher geringer als der Brechungsindex des Kerns der quatärinären passiven Wellenleiterschicht 120 für die nachgewachsene Schicht 130 ist, um als Oberseitenmantel für den Kern der quaternären passiven Wellenleiterschicht zu wirken, um Licht innerhalb der quaternären Wellenleiterschicht 120 zu begrenzen. Eine starre Struktur (ohne Nachwachsen) kann verwendet werden, aber die Begrenzung wird nicht symmetrisch sein. Daher ist die Funktion der nachgewachsenen Schicht eine Mantelschicht der Oberseite zu liefern, welche zur Mantelschicht der Unterseite symmetrisch ist.
Auf ähnliche und symmetrische Weise wird ein kompensierter, n-dotierter Puffer 110 unterhalb des passiven Wellenleiters 120 angeordnet, um als Unterseitenmantel für den passiven Wellenleiter 120 zu wirken. Der kompensierte, n-dotierte Puffer 110 weist auch die gleiche erste Zusammensetzung auf, vorzugsweise aus InP, aber weist auch eine ausreichende Konzentration einer dritten Zusammensetzung auf, welche die gleiche, wie die zweite Zusammensetzung aus GaAs sein kann, damit die kompensierte, n-dotierte Pufferschicht 110 einen verringerten Indexunterschied zwischen der p-dotierten, nachgewachsenen Schicht 130 und der kompensierten, n-dotierten Pufferschicht 110 aufweist. Anstelle einen üblichen n-dotierten InP-Massenpuffer zu verwenden, wird der kompensierte Puffer alleine als nicht kompensierter Puffer verwendet, wie durch die vorliegende Erfindung gelehrt wird.
Wie bekannt ist, beinhaltet der Modenwandler 10 zudem ein Substrat 100 zum epitaktischen Aufwachsen der Pufferschicht 110. Für optoelektronische Anwendungen, werden III-V-Verbindungen, wie z.B. die Elemente In, Ga oder Al der Gruppe III oder die Elemente der Gruppe V, wie z.B. As, P, N, Sb als Substrat 100 verwendet. Die herkömmlichen Substrate 100, welche derzeit verwendet werden, sind InP und GaAs. Da InGaAs-Substrate demnächst erhältlich sind, kann diese Art und andere Arten von Substraten auch verwendet werden. Für schnelle optoelektronische Anwendungen ist das derzeit bevorzugte Substratmaterial InP.
In einer Ausführung, wie in 1 gezeigt wird, ist der kompensierte Puffer 110 eine Legierung mit einer geringeren Konzentration an Ga- und As-Atomen als an In- und P-Atomen, um eine n-dotierte InGaAsP-Pufferschicht zu bilden. Der Prozentbereich an Ga- und As-Atomen, welcher erfordert wird, beträgt weniger als ca. 1% und vorzugsweise 0,1%. Ein Pufferkompensator ist also innerhalb des normal n-dotierten InP-Puffers angeordnet, wobei der Pufferkompensator Ga- und As-Atome aufweist, um die ladungsträgerinduzierte Änderung im Brechungsindex der n-dotierten InP-Pufferschicht zu kompensieren, um eine kompensierte, n-dotierte InP-Pufferschicht zu ergeben, so dass die kompensierte, n-dotierte InP-Pufferschicht 110 einen verringerten Indexunterschied zwischen der p-dotierten, nachgewachsenen InP-Schicht 130 und der kompensierten, n-dotierten InP-Pufferschicht 110 aufweist. Daher kann der Pufferkompensator aus Ga- und As-Atomen oder irgendeiner anderen Zusammensetzung bestehen, welche einen etwas höheren Brechungsindex als das ursprüngliche Puffermaterial aufweist, welcher den Brechungsindex des ursprünglichen Puffers durch das Kombinieren mit dem Puffer etwas erhöhen würde.
In Bezug auf 2 wird eine andere Ausführung des kompensierten Puffers 110 als 110' dargestellt und ist auch in 3 gezeigt. Vorzugsweise weist der kompensierte Puffer 110' eine Reihe an dünnen Schichten aus der zweiten Zusammensetzung auf, wie z.B. GaAs, welche auf einer volumenartigen Anordnung der ersten Zusammensetzung, InP, angeordnet ist, so dass eine Reihe an dünnen InGaAsP-Schichten in den n-dotierten InP-Massenpuffer eingeführt werden. Diese Schichteinführung ist leichter durchzuführen als das Bilden einer wirksamen Legierung aus n-dotiertem InGaAsP, da die Einführung der Schichten leichter zu steuern ist, als die Einführung von nur einem geringen Prozentsatz an Ga- und As-Atomen. Der kompensierte Puffer 110' besteht aus vier InGaAsP-Schichten 211–214 von 0,5μm, welche epitaktisch auf der Oberseite eines n-dotierten, nicht kompensierten InP-Massenpuffer 210 mit einer Stärke von ca. 6μm und einem n-Dotierpegel von n=1×10¹⁸cm^–3 aufgewachsen sind. Die Stärke jeder InGaAsP-Schicht, welche in den n-dotierten InP-Puffer eingeführt werden, beträgt beispielsweise 0,03μm. Das InP-Substrat ist ca. 200μm stark und als herkömmliches Substrat mit einer Stärke eines epitaktischen Wachstums von ca. 3μm zum Bilden eines Puffers und von Wellenleitern, und dann mit einem anderen epitaktischen Wachstum von 4–6μm zum Bilden des Nachgewachsenen erhältlich.
Als Beispiel der verbesserten Intensität des elektrischen Felds, welches aus dem erfindungsgemäßen, kompensierten Puffer des Modenwandlers 10 erhältlich ist, wird die zentralisiertere, geleitete Mode T.E 0,0 des elektrischen Felds lokalisierter um den passiven Wellenleiter 120 und den kompensierten Puffer 110' gezeigt, als erwartet werden würde, welche um die nachgewachsene Schicht 130 lokalisiert sind, falls der Puffer nicht kompensiert war. In diesem Beispiel ist der passive Wellenleiter 120 vorzugsweise ein passiver Wellenleiter mit einer vergrabenen Kamm-Streifen-Struktur zum Emittieren von Licht bei einer Wellenlänge (λ) von 1,1μm aus einer quatärinären Schicht aus InGaAsP mit einer Breite von 7,0μm und einer Stärke von 0,07μm. Der passive Wellenleiter 120 ist zudem in der nachgewachsenen Schicht 130 vergraben, welche vorzugsweise eine p-dotierte InP-Schicht ist. Die Stärke dieser nachgewachsenen Schicht beträgt üblicherweise ca. 4–6μm. Mit dieser Geometrie ist die Kopplungsdämpfung dieses Modenwandlers nur um ca. 0,2 bis 0,3 dB höher als die Kopplungsdämpfung eines Idealfalles, in welchem der Dotiereffekt nicht in Betracht gezogen wird. Im Gegensatz dazu ist bei einem nicht kompensierten Puffers des Standards die Ist-Kopplungsdämpfung des Modenwandlers ca. 1dB höher als im Idealfall erwartet wird.
In Bezug auf 3 wird der Modenwandler der 1 in einer perspektivischen Darstellung, wobei ein aktiver Wellenleiter oder eine Schicht 302 auf der Oberseite des passiven Wellenleiter oder der Schicht 120 angeordnet ist, welche durch einen optionalen Abstandshalter 304 abgesondert ist, zum Transformieren einer Mode zwischen einer kleineren Mode (ca. 1μm) einer optischen InP-Vorrichtung 306 und einer größeren Mode (ca. 10μm) einer optischen Faser 308 zum Bilden einer optischen Modenwandleranordnung 300 gezeigt. Der optionale Abstandshalter 304 ist eine dünne Schicht zwischen dem aktiven Wellenleiter oder der Schicht 302 und dem passiven Wellenleiter oder der Schicht 120. Falls verwendet, ermöglicht der Abstandshalter 304 eine bessere Begrenzung der geleiteten Welle im aktiven Wellenleiter 302, im welchen die Verstärkung in einem Laser beispielsweise proportional zur Begrenzung ist.
Die Anordnung 300 beinhaltet eine Siliziumhauptplatine 310 zum Tragen der optischen InP-Vorrichtung und der optischen Faser 308. Siliziumhauptplatine ist eine andere Bezeichnung für eine optische Siliziumbank. Die optional durch einen Faserhalter 312 auf der Hauptplatine 310 getragene Faser 308 ist an ungefähr der Stelle stirnflächengekoppelt, welche durch das in 2 gezeigte elektrische Feld 250 dargestellt ist.
Vorzugsweise ist die optische InP-Vorrichtung 306 eine vergrabene Kamm-Streifen-Struktur, welche monolithisch mit dem Modenwandler 10 auf dem gleichen n-dotierten InP-Substrat definiert ist, so dass das breite Ende eines vorzugsweise verjüngten Abschnitts 316 des aktiven Wellenleiters 302 in der optischen Vorrichtung 306 integriert ist, welche als nicht verjüngter Abschnitt 316 des aktiven Wellenleiters 302 gezeigt ist. Der Laser wird als der nicht verjüngte Abschnitt des aktiven Wellenleiters gezeigt. Mit dieser monolithischen Integration begrenzt und transformiert die vergrabene Kamm-Streifen-Struktur, welche den passiven Wellenleiter der vorzuziehenden InGaAsP-Zusammensetzung aufweist, die geleitete Lichtwelle von der optischen InP-Vorrichtung 306 zur optischen Faser 308 zusammen mit der ähnlichen Funktion des aktiven Wellenleiters 302. Der aktive Wellenleiter befindet sich an der Stelle, an welcher sich die optische Verstärkung befindet (für einen Laser oder SOA). Er befindet sich auch an der Stelle, an welcher die Ladungsträger in einem Detektor in Photonen umgewandelt werden. Folglich befinden sich umgekehrt die aktiven Bereiche dort, wo die Photonen in Ladungsträger umgewandelt werden. Die p-dotierte, nachgewachsene InP-Schicht 130 ist auf der Oberseite der vergrabenen Kamm-Streifen-Struktur zum Vergraben des passiven Wellenleiters angeordnet. Folglich ist die optische InP-Vorrichtung 306 ein Laser, ein optischer Verstärker auf Halbleiterbasis (SOA), ein Detektor oder irgendeine andere optoelektronische Vorrichtung, welche auf InP basiert, welche an der Faser angeschlossen oder auf der Siliziumhauptplatine 310 hybridisiert werden müssen.
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung kompensiert der kompensierte Puffer 110 den Indexunterschied zwischen den p-dotierten und den n-dotierten InP-Schichten 130 bzw. 110, um die Symmetrie der geleiteten Welle zu erhalten. Wenn ein Material n-dotiert ist, ist sein Index proportional auf die Dotierkonzentration verringert. Aufgrund der hocheffektiven Masse des Lochs ist, wenn ein Material p-dotiert ist, sein Index nur leicht verringert.
Folglich besteht in einer typischen Laserstruktur, in welcher beispielsweise der aktive Wellenleiter zwischen einem n-dotierten und einem p-dotierten Mantel oder Begrenzungsschichten 321 bzw. 322 liegt, ein Brechungsindexunterschied zwischen der oberen und der unteren Mantelschicht 322 bzw. 321. Da GaAs einen höheren Indexwert als InP aufweist, kann die Verringerung des Index aufgrund der Dotierung im n-dotierten InP durch die Einführung einer bestimmten Konzentration des GaAs in das InP-Material kompensiert werden, so dass das Licht in der unteren Mantelschicht mehr begrenzt ist. Diese untere Mantelschicht 321 muss nicht kompensiert werden. Die Kompensation ist für den passiven Wellenleiter, so dass er die Pufferschicht 110 ist, welche kompensiert werden muss, um den gleichen Index wie das Nachgewachsene 130 aufzuweisen.
Das Licht muss begrenzt und von der optischen Vorrichtung 306 in die Faser 308 übertragen werden. Die Mode der Faser 308 weist eine kreisförmige Symmetrie auf. Folglich sollte die Symmetrie der geleiteten Welle auch kreisförmig sein. Der Indexunterschied zwischen dem n-dotierten und dem p-dotierten Material und der überwachsenen Schicht 130 und des Puffers 110 bricht die vertikale Symmetrie der geleiteten Welle. Die Kompensation des Puffers 110, welche eine ausreichende Konzentration von Ga- und As-Atomen aufweist, so dass die kompensierte, n-dotierte Pufferschicht einen verringerten Indexunterschied zwischen der p-dotierten, nachgewachsenen InP-Schicht 130 und der kompensierten, n-dotierten Pufferschicht 110 aufweist, sollte diese Symmetrie erhalten. Die obersten Mantelschichten 321 und 322 des Lasers verursachen keine Änderung des Index. An der Endfacette ist der aktive Bereich auf null verjüngt, so dass 321 und 322 keine Rolle spielen.
Anstelle eine vergrabene Kamm-Streifen-Struktur für den passiven Wellenleiter 120 zu verwenden, kann eine vergrabene Heterostruktur auch von einer kompensierten Schicht profitieren. Wie bekannt ist, ist eine Heterostruktur ein Stapel aus verschiedenen Schichten, wobei jede Schicht eine andere Zusammensetzung aufweist. Im Allgemeinen ist jede optoelektronische Vorrichtung, wie z.B. ein Laser, eine Heterostruktur. In jeder n-dotierten InP-Schicht kann eine Konzentration des GaAs eingeführt werden, um die Indexverringerung aufgrund der n-Dotierung durch die Erhöhung des Index aufgrund der GaAs-Einführung in das InP-Material zu kompensieren.
Einem Fachmann wird klar sein, dass verschiedene Abänderungen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Folglich soll die vorliegende Erfindung die Abänderungen und Veränderungen dieser Erfindung decken, vorausgesetzt, dass sie innerhalb des Bereiches der anhängenden Ansprüche fallen.

Claims

Modentransformer mit: einem Wellenleiter (120), welcher eine erste Zusammensetzung co-existierend zu einer zweiten Zusammensetzung aufweist, um eine optische Lichtwelle zu führen; einer p-dotierten nachgewachsenen (re-growth)-Schicht (130), mit der ersten Zusammensetzung, welche auf einer Oberseite des Wellenleiters angeordnet ist, und einem n-dotierten Puffer (110), welcher unterhalb des Wellenleiters angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, dass der Wellenleiter (120) ein passiver Wellenleiter ist, und der Puffer ein kompensierter n-dotierter Puffer (110) der ersten Zusammensetzung und mit einer ausreichenden Konzentration einer dritten Zusammensetzung ist, so dass der kompensierte n-dotierte Puffer (110) einen reduzierten Brechungsindexunterschied zwischen der p-dotierten nachgewachsenen Schicht (130) und dem kompensierten n-dotierten Puffer (110) aufweist, um den Brechungsindexunterschied zwischen der p-dotierten nachgewachsenen Schicht (130) und einem nicht kompensierten n-dotierten Puffer zu kompensieren, um die Symmetrie der geführten optische Lichtwelle zu erhalten.
Modentransformer nach Anspruch 1, wobei die erste Zusammensetzung einen ersten Brechungsindex und die dritte Zusammensetzung einen zweiten Brechungsindex aufweist, welcher größer ist als der erste Brechungsindex.
Modentransformer nach Anspruch 1, wobei die dritte Zusammensetzung gleich der ersten Zusammensetzung ist.
Modentransformer nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, welcher weiter ein Substrat (100) zum epitaktischen Aufwachsen der Pufferschicht beinhaltet.
Modentransformer nach Anspruch 4, wobei das Substrat (100) eine III-V-Verbindung beinhaltet.
Modentransformer nach Anspruch 5, wobei das Substrat (100) die erste Zusammensetzung aufweist, wobei die erste Zusammensetzung mindestens eines der III-Gruppenelemente In, Ga oder Al verbunden mit mindestens einem der V-Gruppenelemente As, P, N oder Sb beinhaltet.
Modentransformer nach Anspruch 6, wobei der kompensierte n-dotierte Puffer (110) durch Epitaxie auf dem Substrat aufgebracht ist.
Modentransformer nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der passive Wellenleiter (120) die erste Zusammensetzung mit InP zusammen mit der zweiten Zusammensetzung mit GaAs aufweist, um eine quatärinäre passive Wellenleiterschicht aus InGaAsP bereit zu stellen, welche als Kern dient, welcher einen dritten Brechungsindex aufweist.
Modentransformer nach Anspruch 8, wobei die p-dotierte nachgewachsene Schicht (130) die erste Zusammensetzung mit InP und den ersten Brechungsindex aufweist, wobei der erste Brechungsindex der p-dotierten nachgewachsenen Schicht geringer als der dritte Brechungsindex der quatärinären passiven Wellenleiterschicht ist, um als Umhüllung für den Kern der quatärinären passiven Wellenleiterschicht zu fungieren, um Licht innerhalb der quatärinären passiven Wellenleiterschicht einzuschließen.
Modentransformer nach einem der Ansprüche 5–9, wobei das Substrat (100) die erste Zusammensetzung aufweist, wobei die erste Zusammensetzung InP ist.
Modentransformer nach einem der Ansprüche 5–9, wobei das Substrat die erste Zusammensetzung beinhaltet, wobei die erste Zusammensetzung GaAs ist.
Modentransformer nach einem der Ansprüche 5–9, wobei das Substrat die erste Zusammensetzung beinhaltet, wobei die erste Zusammensetzung InGaAs ist.
Optischer Modentransformer gemäß Anspruch 1, welcher weiter aufweist: ein n-dotiertes InP-Substrat (100); wobei der n-dotierte Puffer (110) ein kompensierter n-dotierter InP Puffer ist, welcher auf dem n-dotierten InP-Substrat angeordnet ist; wobei der Wellenleiter (120) in einer vergrabenen streifenförmigen (buried-ridge-stripe) Struktur auf dem n-dotierten InP Puffer (110) aufgewachsen ist, wobei der Wellenleiter eine InGaAsP-Zusammensetzung aufweist; wobei die p-dotierte nachgewachsene Schicht (130) eine p-dotierte InP nachgewachsene Schicht zum Vergraben des passiven Wellenleiters auf dem n-dotierten InP-Puffer ist; und wobei der n-dotierte InP kompensierte Puffer (120) Ga und As-Atome aufweist, um Ladungsträger-induzierte Änderungen des Brechungsindex des n-dotierten InP-Puffers (120) zu kompensieren, was zu einer kompensierten n-dotierten InP-Pufferschicht führt, damit der kompensierte n-dotierte InP-Puffer einen reduzierten Brechungsindexunterschied zwischen der p-dotierten InP nachgewachsenen Schicht (130) und dem kompensierten n-dotierten InP-Puffer (120) aufweist.
Optischer Modentransformer nach Anspruch 13, wobei der kompensierte Puffer (120) eine Serie dünner InGaAsP-Schichten (211, 212, 213, 214) aufweist, welche in n-dotierte InP-Schichten (110) eingefügt ist.
Optischer Modentransformer nach Anspruch 13, wobei der kompensierte Puffer (110) eine Serie dünner InGaAsP-Schichten (211, 212, 213, 214) aufweist, welche auf einer Oberseite einer n-dotierten InP-Schicht angeordnet ist.
Optischer Modentransformer nach Anspruch 13, wobei der kompensierte Puffer (110) mindestens eine InGaAsP-Schicht (211, 212, 213, 214) aufweist, welche in n-dotierten InP-Schichten angeordnet ist.
Optischer Modentransformer nach Anspruch 13, wobei der kompensierte Puffer (110) mindestens eine InGaAsP-Schicht (211, 212, 213, 214) aufweist, welche auf einer Oberseite einer n-dotierten InP-Schicht (110) angeordnet ist.
Optische Modentransformeranordnung zum Modentransformieren zwischen einer kleineren Mode einer InP optischen Vorrichtung und einer größeren Mode einer optischen Faser, wobei die optische Modentransformeranordnung aufweist: eine Siliziumhauptplatine (310) zum Tragen der InP optischen Vorrichtung und der optischen Faser; eine optische Modentransformeranordnung gemäß einem der Ansprüche 1–17, welche auf der Siliziumhauptplatine angeordnet ist; wobei der passive Wellenleiter in der vergrabenen streifenförmigen Struktur zum Einschließen einer geführten optischen Welle von der InP optischen Vorrichtung zu der optischen Faser vorgesehen ist.
Optischer Modentransformer nach Anspruch 1 zum Modentransformieren zwischen einer kleineren Mode einer optischen Vorrichtung, welche die erste Zusammensetzung aufweist und einer größeren Mode einer optischen Faser, wobei der optische Modentransformer weiter aufweist: eine Siliziumhauptplatine (310) zum Tragen der optischen Vorrichtung und der optischen Faser; und ein Substrat (100), welches die erste Zusammensetzung dotiert mit einem ersten Dotierstoff aufweist, wobei das Substrat auf der Siliziumhauptplatine angeordnet ist; wobei der Wellenleiter monolithisch auf dem Substrat (100) festgelegt ist, wobei der Wellenleiter die zweite Zusammensetzung aufweist, welche mit der ersten Zusammensetzung zum Einschließen einer geführten optischen Welle von der optischen Vorrichtung zu der optischen Faser co-existiert; wobei die nachgewachsene Schicht die erste Zusammensetzung dotiert mit einem zweiten Dotierstoff aufweist, wobei die nachgewachsene Schicht auf einer Oberseite des Wellenleiters angeordnet ist; und wobei der kompensierte Puffer (110) zwischen dem Substrat und dem Wellenleiter angeordnet ist, der Puffer (110) mit dem ersten Dotierstoff dotiert ist und eine geringere Konzentration der zweiten Zusammensetzung aufweist als die erste Zusammensetzung zum Kompensieren der Ladungsträgerinduzierten Änderung des Brechungsindexes der nachgewachsenen Schicht, so dass die Pufferschicht einen reduzierten Brechungsindexunterschied zwischen der nachgewachsenen Schicht und der Pufferschicht aufweist.
Optischer Modentransformer nach Anspruch 19, wobei die erste Zusammensetzung InP aufweist.
Optischer Modentransformer nach Anspruch 19 oder 20, wobei die zweite Zusammensetzung GaAs aufweist.
Optischer Modentransformer nach einem der Ansprüche 19–21, wobei die zweite Zusammensetzung eine III-V-Verbindung aufweist.
Optischer Modentransformer nach einem der Ansprüche 19–22, wobei der erste Dotierstoff zum n-Dotieren bereitgestellt ist.
Optischer Modentransformer nach einem der Ansprüche 19–23, wobei der zweite Dotierstoff zum p-Dotieren bereitgestellt ist.
Optischer Modentransformer nach einem der Ansprüche 19–24, wobei der erste Dotierstoff und der zweite Dotierstoff entgegengesetzter Polarität sind.
Optischer Modentransformer nach einem der Ansprüche 19–25, wobei der Puffer eine dünne Serie an Schichten der zweiten Zusammensetzung beinhaltet, welche auf einer volumenartigen Anordnung der ersten Zusammensetzung angeordnet ist.
Optischer Modentransformer nach einem der Ansprüche 19–26, wobei der Puffer eine Mischung beinhaltet, welche eine geringere Konzentration von Ga und As-Atomen als von In und P Atomen aufweist.
Optischer Modentransformer nach einem der Ansprüche 19–27, wobei der Puffer eine geringere Konzentration von Ga und As Atomen als von In und P Atomen aufweist.
Verfahren zum Modentransformieren einer kleineren Mode einer InP optischen Vorrichtung und einer größeren Mode einer optischen Faser mit den Schritten: Bereitstellen einer Siliziumhauptplatine (310) zum Tragen der InP optischen Vorrichtung und der optischen Faser; Bereitstellen eines n-dotierten InP-Substrats (100); Aufwachsen eines n-dotierten InP-Puffers (110) auf dem n-dotierten InP-Substrat; Wachsen einer vergrabenen streifenförmigen Struktur (120) auf dem n-dotierten InP-Puffer, wobei die vergrabene streifenförmige Struktur einen passiven Wellenleiter einer InGaAsP-Zusammensetzung zum Einschließen einer geführten optischen Lichtwelle von der InP optischen Vorrichtung zu der optischen Faser aufweist, um einen optischen Modentransformer zu bilden; Aufwachsen einer p-dotierten nachgewachsenen InP Schicht (130) zum Vergraben des passiven Wellenleiters auf dem n-dotierten InP-Puffer; Einbringen von Ga und As Atomen in den n-dotierten InP (110) Puffer, um Ladungsträger-induzierte Änderungen eines Brechungsindexes der n-dotierten InP-Pufferschicht zu kompensieren, um eine kompensierte n-dotierte InP Pufferschicht zu erhalten, so dass die kompensierte n-dotierte InP-Pufferschicht einen reduzierten Brechungsindexunterschied zwischen der p-dotierten InP nachgewachsenen Schicht und der kompensierten n-dotierten InP-Pufferschicht aufweist, um einen Modentransformer zu bilden; und Anordnen des Modentransformers, welcher auf dem n-dotierten InP-Substrat aufgewachsen ist, auf der Siliziumhauptplatine (310).
Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Schritt des Einbringens von Ga und As Atomen in den n-dotierten InP- Puffer (110) ein Einbringen von mindestens einer InGaAsP-Schicht in den InP-Puffer beinhaltet.