DE69309410T2

DE69309410T2 - Optische Vielfachschalteranordnung unter Verwendung halbleitender Wellenleiterverstärker

Info

Publication number: DE69309410T2
Application number: DE69309410T
Authority: DE
Inventors: Thomas L Paoli
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1992-12-14
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2013-12-08
Also published as: DE69309410D1; JPH06222408A; EP0602873A1; EP0602873B1; US5305412A

Description

Diese Erfindung betrifft eine monolithische, optische Vielfachschalteranordnung mit Diode mit Halbleiterstruktur, und insbesondere eine optische Mehrfachschalteranordnung mit einer mehrelementigen Diode mit Halbleiterstruktur mit passiven Wellenleitern mit weiten Bandlücken und schwacher optischer Begrenzung um verbesserten Koppeln von Verstärkungswellenleitern.
Optische Schalter mit mehreren Elektroden sind interessant, um Signale in optischen Kommunikationssystemen zu lenken, für Zeilendruckelemente in fortgeschrittenen, elektrostatographischen Druckgeräten und möglicherweise als Modulatoren zur Hochgeschwindigkeitscodierung von Informationen.
Optische Mehrfachschalteranordnungen lenken Lichtbündel auf verschiedene Wege, üblicherweise ohne irgendwelche Informationen den Bündeln hinzuzufügen. Optische Modulationsmehrfachanordnungen fügen den Lichtbündeln Informationen zu, ändern aber nicht den Weg dieser Bündel.
Das Journal of Lightwave Technology, 8. Oktober (1990), Nr. 10, S. 1591-1595 offenbart einen verlustkompensierten InGaAsP- InP-Y-Verzweigungsschalter, in dem integrierte Verstärkungsabschnitte die inneren Verlust ausgleichen. Der Schalter basiert auf einer Y-Verzweigung eines passiven Wellenleiters mit aktiven Abschnitten in den Armen, so daß ein Signal, das durch den Schalter hindurchgeht, nicht gedämpft, sondern stattdessen verstärkt wird. Die Verstärkung von jedem Arm kann einzeln gesteuert werden. Mit einem angelegten Vorstrom wirken die aktiven Abschnitte als Laserverstärker und das optische Signal wird übertragen und entsprechend dem Strompegel verstärkt.
US-A-5,013,113 offenbart einen verlustlosen Wellenleiterschalter mit mehr als 30 dB an Übersprechtrennung, der abgezweigte Kanalwellenleiter mit laserähnlichen Querschnitten aufweist. Die optische Verstärkung wird durch Trägerinjektionsströme geliefert, die ausreichend sind, die Energieaufteilverluste zu überwinden. Diese Struktur hat sich als optimal für Kaskadenschalter in einem mehrstufigen Netzwerk wegen seiner niedrigen Rauscheigenschaften herausgestellt.
Es ist eine Zielsetzung dieser Erfindung, ein optisches Modulationselement mit optischer Verstärkung zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine optische Halbleitermehrfachanordnung geschaffen, die umfaßt: eine monolithische Halbleiterstruktur mit einer Mehrzahl von Halbleiterheterostrukturschichten, die über einem Substrat angeordnet sind, wobei wenigstens eine der genannten Schichten eine aktive Schicht zur Lichtverstärkung und Fortpflanzung ist; eine Eingangsfacette und eine Ausgangsfacette, die an entgegengesetzten Enden der genannten monolithischen Halbleiterstruktur, senkrecht zu der genannten Mehrzahl von Halbleiterheterostrukturschichten und der genannten aktiven Schicht angeordnet sind, wobei die genannte Eingangsfacette eintreffende Lichtquellen empfängt und die genannte Ausgangsfacette übertragene Lichtwellen fortpflanzt; und eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Verstärkungswellenleitern, die in der aktiven Schicht angeordnet sind, wobei die Verstärkungswellenleiter durch durch Störstellen fehlgeordnete Bereiche begrenzt und getrennt sind, so daß die aktive Schicht in den Verstärkungs wellenleitern nicht fehlgeordnet ist, wobei jeder der genannten Verstärkungswellenleiter eine vorbestimmte Weite aufweist, und ein Eingangsende und ein Ausgangsende hat; Einrichtungen die die Halbleiterschichten unterhalb und oberhalb der aktiven Schicht in den Verstärkungswellenleitern umfassen, wobei die Einrichtungen elektrisch mit der genannten aktiven Schicht in den Verstärkungswellenleitern zum Anlegen einer elektrischen Vorwärtsspannung an die genannte aktive Schicht in den Verstärkungswellenleitern gekoppelt sind; das Ausgangsende von jedem verstärkenden Wellenleiter ist mit der Ausgangsfacette entweder unmittelbar oder durch einen geringverlustigen, passiven Wellenleiter gekoppelt; das Eingangsende von jedem verstärkenden Wellenleiter ist mit der Eingangsfacette durch einen geringverlustigen, passiven Wellenleiter für jeden verstärkenden Wellenleiter oder durch einen gemeinsam benutzten, niedrigverlustigen, passiven Wellenleiter mit dem Wellenleiter mit der genannten Mehrzahl von verstärkenden Wellenleitern durch einen optischen Teiler oder durch mehr als einen gemeinsam benutzten, geringverlustigen, passiven Wellenleiter gekoppelt, wobei jeder gemeinsam benutzte, geringverlustige, passive Wellenleiter mit der genannten Mehrzahl von verstärkenden Wellenleitern durch einen optischen Teiler gekoppelt ist; und wobei die genannten geringverlustigen, passiven Wellenleiter zum Koppeln der Verstärkungswellenleiter mit der Ausgangsfacette und der Eingangsfacette in der aktiven Schicht angeordnet sind und durch störstelleninduzierte, fehlgeordnete Bereiche begrenzt sind, so daß die passiven Wellenleiter eine größere Bandlücke als die aktive Schicht haben.
Die optisch verstärkenden Wellenleiter können als optische Sperrschalter zum Lenken von einem oder mehreren Eingangsbündeln zur einem oder mehreren ausgewählten, optischen Kanälen verwendet werden.
Mehrfachanordnungen von optisch verstärkenden Modulatoren können als Bildelement-Elemente in einer Mehrelektrodendruckstange verwendet werden.
Optisch verstärkende Modulatormehrfachanordnungen können mit Bündelteilerelementen in einer monolithischen Halbleiterstruktur integriert werden, um einen oder mehrere optische Eingangsbündel zu einem oder mehreren ausgewählten, optischen Kanälen zu lenken.
Somit können in einer monolithischen Halbleiterstruktur passive Wellenleiter Versträrkungswellenleiter mit Eingangs- und Ausgangsfacetten koppeln. Optische Teiler können die passiven Wellenleiter von der Eingangsfacette zu den Verstärkungswellenleitern koppeln. Die Verstärkungswellenleiter können die Eingangs- und die Ausgangsfacette direkt koppeln.
Andere Zielsetzungen und Verwirklichungen zusammen mit einem breiteren Verständnis der Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und Ansprüche offensichtlich und erkannt, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird, in denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Draufsicht auf eine Halbleiterheterostruktur mit vergrabenen, ebenen, optischen Verstärkungswellenleitern und vergrabenen, ebenen, passiven, geringverlustigen, optischen Wellenleitern ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet sind.
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Endansicht der Halbleiterheterostruktur mit vergrabenen, ebenen, optischen Verstärkungswellenleitern und vergrabenen, ebenen, passiven, geringverlustigen, optischen Wellenleitern der Fig. 1 ist, bevor eine selektive störstelleninduzierte Fehlordnung gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Querschnittsendansicht der Halbleiterheterostruktur mit vergrabenen, ebenen, optischen Verstärkungswellenleitern und vergrabenen, ebenen, passiven, geringverlustigen, optischen Wellenleitern entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 ist, nachdem eine selektive, störstelleninduzierte Fehlordnung gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet worden ist.
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Querschnittsendansicht der Halbleiterheterostruktur mit vergrabenen, ebenen, optischen Verstärkungswellenleitern und vergrabenen, ebenen, passiven, geringverlustigen, optischen Wellenleitern entlang der Linie 4-4 in Fig. 1 ist, nachdem eine selektive, störstelleninduzierte Fehlordnung gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet worden ist.
Fig. 5 eine schematische Darstellung der perspektivischen Draufsicht auf ein Beispiel einer Halbleiterheterostruktur mit einer linearen Mehrfachanordnung von vergrabenen, ebenen, optischen Verstärkungswellenleitern zur optischen Modulation und zum Schalten ist, die mit einem Eingangslichtbündel und optischen Ausgangsfasern gekoppelt ist.
Fig. 6 eine schematische Darstellung der perspektivischen Draufsicht auf eine die Halbleiterheterostruktur mit einer linearen Mehrfachanordnung von vergrabenen, ebenen, optischen Verstärkungswellenleitern ist, die koaxial und mit vergrabenen, ebenen, passiven, geringverlustigen, optischen Wellenleitern zur optischen Modulation und zum Schalten gekoppelt sind, was gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Querschnittsdraufsicht auf die Halbleiterheterostruktur mit einem vergrabenen, ebenen, optischen Teiler eines einzelnen, passiven, geringverlustigen, optischen Wellenleiters in mehrere, passive, geringverlustige, optische Wellenleiter ist, die koaxial und mit einer Mehrfachanordnung von optischen Verstärkungswellenleitern zur optischen Modulation und zum Schalten gekoppelt sind, was gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Fig. 8 eine schematische Darstellung der Querschnittsdraufsicht auf die Halbleiterheterostruktur mit einem vergrabenen, ebenen, optischen Teiler eines einzelnen, passiven, geringverlustigen, optischen Wellenleiters durch Y-Koppler in mehrere, passive, geringverlustige, optische Wellenleiter ist, die koaxial und mit einer Mehrfachanordnung von optischen Verstärkungswellenleitern zur optischen Modulation und zum Schalten gekoppelt sind, was gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Fig. 9 eine schematische Darstellung der Querschnittsdraufsicht auf die Halbleiterheterostruktur mit einem vergrabenen, ebenen, optischen Teiler eines einzelnen, passiven, geringverlustigen, optischen Wellenleiters durch eine Hornanordnung in mehrere, passive, geringverlustige, optische Wellenleiter ist, die koaxial und mit einer Mehrfachanordnung von optischen Verstärkungswellenleitern zur optischen Modulation und zum Schalten gekoppelt sind, was gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Fig. 10 eine schematische Darstellung der Querschnittsdraufsicht auf die Halbleiterheterostruktur mit einem vergrabenen, ebenen, optischen Teiler eines einzelnen, passiven, geringverlustigen, optischen Wellenleiters durch eine Hornanordnung in mehrere, passive, geringverlustige, optische Wellenleiter ist, die koaxial und mit einer Mehrfachanordnung von gekrümmten, optischen Verstärkungswellenleitern zur optischen Modulation und zum Schalten gekoppelt sind, was gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Es wird nun auf Fig. 1 und 2 Bezug genommen, worin eine Halbleiterheterostruktur 10 mit vergrabenen, ebenen, optischen Verstärkungswellenleitern und vergrabenen, ebenen, passiven, geringverlustigen, optischen Wellenleitern gezeigt ist.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, hat die Halbleiterheterostruktur 10 einen mittleren Abschnitt 12 mit einer Maske 14, um die vergrabenen, ebenen, optischen Verstärkungswellenleiter zu formen, und Endabschnitte 16 mit einer Maske 18 zu formen der vergrabenen, ebenen, passiven, geringverlustigen, optischen Wellenleiter.
Als ein besonderes Beispiel kann der Maskenabschnitt 14 typischerweise ungeführt 4 µm weit sein und der Maskenabschnitt 18 kann typischerweise 2 µm weit sein. Jedoch werden die Weitenabmessungen dieser Maskenabschnitte in einer Weise gewählt, wie folgt: (1) die weiteren Abmessungen des Maskenabschnitts 14 werden gewählt, um die Weite des Pumpstreifens für den optischen Verstärkungswellenleiter des Abschnitts 12 zu bestimmen, und (2) die schmalere Abmessung des Maskenabschnitts 18 wird gewählt, daß sie ausreichend schmal ist, um ein gewisses Maß an störstelleninduzierter Fehlordnung im wesentlichen in, wenn nicht durch seinen aktiven Bereichsabschnitt unterhalb der Maske zu erreichen, so daß der mittlere Kern seines aktiven Bereiches 24 weniger vollständig durch den störstelleninduzierten Fehlordnungsvorgang verglichen mit den benachbarten Fehlordnungsbereichen des aktiven Bereiches 24 außerhalb dieses mittleren Abschnitts und nicht durch den Maskenabschnitt 18 geschützt weniger durchdiffundiert wird.
Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt die Halbleiterheterostruktur 10 ein Substrat 20 aus n-GaAs, worauf eine erste Überzugsschicht 22 aus n-AlyGa1-yAs abgesetzt ist, worin y ≥ 0,40; eine aktive Schicht 24 aus mehreren Qantensenken von vier 12 nm Quantensenken aus Ga1-xAlxAs, worin x=0,05, getrennt durch drei 6 nm Sperren aus Gai1-zAlzAs, worin z=0,20, eine zweite Überzugsschicht 26 aus p-AlyGa1-yAs worin y ≥ 0,40, und eine Deckungsschicht 28 aus p + GaAs. Diese monolithische Halbleiterstruktur ist eine Halbleiterheterostruktur, da die Schichten in der Struktur unterschiedliche Halbleitermaterialien sind.
Die aktive Schicht 24 kann sein alternativ nicht dotiert oder vom p-Typ dotiert oder vom n-Typ dotiert; GaAs, AlzGa1-zAs wo y> z, oder (AlzGa1-z)0,5In0,5P; oder eine relativ dünne, herkömmliche, doppelte, aktive Heterostrukturschicht; oder eine einzelne Quantensenke, wie GaAs oder AlzGa1-zAs, wo z< y; oder ein Mehrfachquantensenken-Supergitter, wie abwechselnde Schichten aus GaAs und AlzGa1-zAs, wo z< y, oder abwechselnde Schichten aus AlwGa1-wAs und AlBGa1-BAs, wo w< B< y (w steht für Senke und B für Sperre). Auch kann alternativ irgendeine der vorgenannten, aktiven Schichten zwischen zwei Halbleiterbegrenzungsschichten aus AlmGa1-mAs und AlnGa1-nAs abgeschieden werden, worin m = oder ≠ n, aber mit Bandlücken zwischen den Bandlükken der aktiven Schicht und der ersten und zweiten Überzugsschicht in einer getrennten Begrenzungsstruktur.
Wie es auf dem Gebiet bekannt ist, kann das epitaktische Wachsen der Halbleiterheterostruktur 10 durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder metallorganische, chemische Dampfabscheidung (MOCVD) ausgeführt werden. Das Substrat 20 kann ungefähr 100 Mikron dick sein. Die Überzugsschichten 22 und 26 können eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 1 Mikron haben. Die aktive Schicht 24 kann eine dünne, herkömmliche Schicht mit einer Dicke von 50 Nanometern bis 2 Mikron sein oder kann aus einer Supergitterstruktur von Quantensenken bestehen, die 3 bis 50 Nanometer dick sein kann. Dieser aktive Bereich 24 von mehreren Quantensenken hat eine Dicke von ungefähr 66 nm. Die Deckschicht 28 ist typischerweise 0,1 bis 0,2 Mikron dick.
Es gibt alternative, herkömmliche Techniken und Diffusions/Implantationsarten, um die erwünschte Fehlordnung auszuführen, oder die elementare Implantations/Ausglühtechnik, um die Verstärkungswellenleiter und die passiven Wellenleiter zu bilden.
Die nachfolgende Diskussion wird auf eine störstelleninduzierte Fehlordnung begrenzt. Es sollte jedoch angemerkt werden, daß diese anderen Techniken und elementaren Diffusionen oder Implantationen ebenso anwendbar sind, um die Verstärkungswellenleiter und die passiven Wellenleiter zu bilden.
Nach Beendigung der epitaktischen Abscheidung werden Masken 14 und 18 aus Si&sub3;N&sub4; auf der oberen Oberfläche der Deckungsschicht 28 der Halbleiterheterostruktur 10 mit Öffnungen gebildet, die Bereiche der Halbleiterstruktur für eine störstelleninduzierte Fehlordnung freilegen. Die Masken schützen die nichtfreigelegten Bereiche, die die Verstärkungs- und die passiven, optischen Wellenleiter bilden und formen.
Die Verstärkungs und die passiven, optischen Wellenleiter werden hergestellt, indem zuerst selektiv eine hohe Konzentration eines n-Störstellendotiermittels, wie Silicium, in die Bereiche der Halbleiterstruktur diffundiert werden, die durch die Maske freigelegt sind. Andere n-Störstellendotierelemente würden Ge und Sn einschließen.
Eine Siliciumschicht wird in der Öffnung in der Si&sub3;N&sub4; Maske abgeschieden und dann mit einer zusätzlichen Schicht aus Si&sub3;N&sub4; überdeckt. Die Diffusion von Silicium wird bei einer Temperatur von ungefähr 800ºC ausgeführt und während einer ausreichend langen Zeitdauer beibehalten, bspw. sieben bis acht Stunden, um die Deckschicht 28, die zweite Überzugsschicht 26 und die aktive Schicht 24 zu durchdringen und teilweise die erste Überzugsschicht 22 zu durchdringen.
Die Diffusion von Silicium durch und in die aktive Schicht 24, die Deckschicht 28 und die Überzugsschichten 22 und 26 bewirkt eine Vermischung von Ga und Al in der aktiven Schicht 24, der Deckschicht 28 und den Überzugsschichten 22 und 26, wodurch ein n-störstelleninduzierter, fehlgeordneter Bereich 30 gebildet wird, wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist.
Fig. 3 ist die Querschnittsansicht der Halbleiterheterostruktur entlang der Linie 3-3 in Fig. 1. Die größere Maske 14 bildet zwei getrennte, fehlgeordnete Bereiche 30. Zwischen den fehlgeordneten Bereichen 30 in der Halbleiterheterostruktur 10 sind die verbleibenden nicht fehlgeordneten Bereiche der Deckschicht 28, der zweiten Überzugsschichten 26, der aktiven Schicht 24 und der ersten Überzugsschichten 22. Der nichtfehlgeordnete Bereich der aktiven Schicht 24 zwischen den fehlgeordneten Bereichen 30 in der Halbleiterheterostruktur 10 bildet den optischen Vestärkungswellenleiter 32. Der optische Verstärkungswellenleiter wird unterhalb der laserstrahlenerzeugenden Schwelle betrieben, d.h., das Erzeugen von Laserstrahlen wird unterdrückt, indem eine optische Rückkopplung zwischen den Spiegeln an den Facetten unterdrückt wird. Ohne die Erzeugung von Laserstrahlen arbeitet der Verstärkungswellenleiter als ein optischer Wellenleiter für Eingangslicht, wenn der Verstärkungswellenleiter in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Die fehlgeordneten Bereiche isolieren und trennen optisch und elektrisch den optischen Verstärkungswellenleiter von der Halbleiterheterostruktur. Die optischen Verstärkungswellenleiter werden durch die Überzugsschichten in der vertikalen Richtung und die Form der fehlgeordneten Bereiche in der horizontalen Richtung geformt.
Die Maske 14 wird von der Halbleiterheterostruktur 10 entfernt und Kontakte (nicht gezeigt) können auf gegenüberliegenden Seiten der Heterostruktur 10 auf der Deckschicht 28 und dem Substrat 20 gebildet werden. Übliche Maskierungsmittel oder andere Techniken können verwendet werden, um Metallkontakte aus Cr-Au oder Ti-Pt-Au oder Au/Ge zu bilden.
Strom wird zwischen den Deckschichtkontakt und den Substratkontakt injiziert, um den p-n-Übergang der p-Überzugsschicht 26 und der n-Überzugsschicht 22 in Vorwärtsrichtung vorzuspannen, damit der optische Verstärkungswellenleiter 32 die optischen Eingangswellen durch stimulierte Emission verstärkt. Ein Strom wird durch eine Steuerung angelegt, wenn ein Signal mit Verstärkung übertragen werden soll, und wird nicht angelegt, wenn das Lichtbündel gesperrt werden soll. Beispielsweise kann ein Informationspaket in der Form von Lichtimpulsen eine Adresse in seiem Kopf einschließen, die einer Steuerung befiehlt, den optischen Wellenleiter einzuschalten, wenn eine Übertragung durch diesen Kanal erwünscht ist. Der Strom wird im wesentlichen senkrecht zu dem optischen Verstärkungswellenleiter 32 durch den Deckschichtkontakt, die p-Deckschicht 28, die p-Überzugsschicht 26, den optischen Verstärkungswellenleiter 32 eingespeist und verteilt sich dann in der n-Überzugsschicht 22 in dem Substrat 20 und aus dem Substratkontakt heraus.
Der Masse- oder Substratkontakt kann mit mehr als einem oder sogar allen optischen Verstärkungswellenleitern gemeinsam sein. Jedoch enthält jeder optische Verstärkungswellenleiter einen p-n-Übergang, der durch seinen Deckschichtkontakt von allen anderen getrennt vorgespannt wird. Da jeder optische Verstärkungswellenleiter positiv in bezug auf Masse vorgespannt ist, fließt Strom nur von jedem Deckschichtkontakt zu Masse. Die fehlgeordneten Bereiche verhindern, daß Strom von irgendeinem einzelnen Deckschichtkontakt zu einem benachbarten Verstärkungswellenleiter leckt und dadurch seine optische Verstärkung beeinflußt. Ein Strom zwischen verschiedenen Deckschichtkontakten tritt nicht auf, weil irgendeine kleine Potentialdifferenz zwischen dem adressierten Deckschichtkontakt und einem benachbarten Deckschichtkontakt einer Rückwärtsspannung an einem der lateralen p-n-Übergänge entspricht, die durch die Fehlordnung gebildet sind. Die fehlgeordneten Bereiche verhindern auch, daß optische Strahlungsfelder in irgendeinem Verstärkungswellenleiter zu einem benachbarten, optischen Wellenleiter lecken. Eine Trennung durch Protonenbombardierung wird verwendet, um sicherzustellen, daß Strom von dem Deckkontakt 28 nur in den nichtfehlgeordneten, wie gewachsenen optischen Verstärkungswellenleiter 32 injiziert wird.
Fig. 4 ist die Querschnittsansicht der Halbleiterheterostruktur entlang der Linie 4-4 in Fig. 1. Die schmalere Maske 18 bildet zwei überlappende, fehlgeordnete Bereiche 30. Die Deckschicht 28 und die zweite Überzugsschicht 26 sind vollständig fehlgeordnet, wobei der fehlgeordnete Bereich 30 in der Halbleiterheterostruktur 10 die Bereiche der Deckschicht 28 und der zweiten Überzugsschichten 26 umschließt. Zwischen den fehlgeordneten Bereichen 30 in der Halbleiterheterostruktur 10 sind die aktive Schicht 24 und die erste Überzugsschicht 22. Die aktive Schicht ist anfangs oder teilweise fehlgeordnet. Der teilweise fehlgeordnete Bereich der aktiven Schicht 24 zwischen den fehlgeordneten Bereichen 30 in der Halbleiterheterostruktur 10 bildet den passiven, optischen Wellenleiter 34 mit einer größeren Bandlücke als die aktive Schicht. Die fehlgeordneten Bereiche isolieren und trennen optisch und elektrisch den passiven, optischen Wellenleiter der Halbleiterheterostruktur. Die passiven, optischen Wellenleiter werden durch die fehlgeordneten Bereiche in der horizontalen Richtung und die erste Überzugsschicht und die teilweise fehlgeordnete, zweite Überzugsschicht in der vertikalen Richtung geformt.
Die Maske 18 wird von der Halbleiterheterorstruktur 10 entfernt und es werden keine Kontakte auf entgegengesetzten Seiten der Heterostruktur 10 auf der Deckschicht 28 und dem Substrat 20 gebildet. Die optischen Wellenleiter 34 sind passiv. Die Deckschicht 28 oberhalb der passiven Wellenleiter kann mit Protonen bombardiert werden, damit dieser Bereich isolierend gemacht wird und deshalb elektrisch nicht gepumpt wird. Die anfängliche oder teilweise Fehlordnung der aktiven Schicht 24 macht den passiven, optischen Wellenleiter 34 gegenüber Strahlung bei jeder Wellenlänge transparent, die von dem Verstärkungswellenleiter verstärkt wird, d.h. der Wellenlänge des Eingangslichtbündels. Licht, das sich durch den Verstärkungswellenleiter fortpflanzt, wird glatt durch den passiven Wellenleiter übertragen.
Die Wellenleitungsfestigkeit des passiven Wellenleiterabschnitts 34 der aktiven Schicht 24 des Abschnitts 16 kann verändert werden, indem die Zeit der störstelleninduzierten Fehlordnung geändert wird und dadurch die Brechungsindexeigenschaften für einen bevorzugten, modalen Betrieb in der teilweise fehlgeordneten, aktiven Schicht 24 des passiven Wellenleiters 34 fein abgestimmt werden. Eine Indexführung aufgrund einer Änderung bei dem realen Brechungsindex liefert eine optische Beschränkung des Bündels.
Die Beugungs- und Streuverluste innerhalb des zweidimensionalen, passiven, optischen Wellenleiters sind niedrig. Der Fortpflanzungsverlust entlang dem zweidimensionalen, passiven, optischen Wellenleiter ist aufgrund seiner erhöhten Energiebandlücke auch niedrig.
Die passiven Wellenleiter 34 sind dahingehend einzigartig, daß sie auf eine monolithische und planare Weise hergestellt werden können und passive, optische, Wellenleiterstrukturen unterhalb der Oberfläche liefern, die ohne weiteres koplanar und koaxial gemacht und mit vergrabenen Verstärkungswellenleitern gekoppelt werden. Wenn in Vorwärtsrichtung vorgespannt können die optischen Verstärkungsmedien der Verstärkungswellenleiter Signale verstärken, um den gesamten Fortpflanzungsverlust der gesamten Struktur zu verringern, eine Strahlaufteilung auszugleichen oder einen Eingangskopplungsverlust auszugleichen. Wenn nicht vorgespannt oder umgekehrt vorgespannt wird, absorbieren die optischen Verstärkungsmedien der Verstärkungswellenleiter Signale, wodurch ihre weitere Übertragung gesperrt wird. Halbleiterstrukturen, die diese zweidimensionalen, passiven Wellenleiter einschließen, erlauben die monolithische Integration von optischen und elektronischen Komponenten auf einem einzigen chip.
Eine vollständigere Beschreibung eines Verfahrens zum Bilden von indexgeführten Verstärkungswellenleitern 32 und von geringverlustigen, indexgeführten, passiven Wellenleitern 34 ist ausführlich in US-A-4,802,182 geoffenbart. Dort gibt es auch alternative Diffusions/Implantationsarten, um die erwünschte Fehlordnung auszuführen, oder alternative elementare Implantations/Glühtechniken, um die Wellenleiter zu formen. Des weiteren können ähnliche Einrichtungen auch mit alternativen Herstellungstechnologien hergestellt werden, wie Ätzen und erneutem Abscheiden oder photounterstütztem epitaktischem Aufwachsen oder in andere Materialien, wie InP/GaInAsP, AIGaInP/GaAs, usw. Diese anderen Techniken und elementaren Diffusionen oder Implantationen sind in gleicher Weise anwendbar.
Die aktive Schicht in den indexgeführten Verstärkungswellenleitern 32 und den passiven Wellenleitern 34 hat einen höheren Brechungsindex als die benachbarten Bereiche der fehlgeordneten, aktiven Schicht 24 und einen höheren Brechungsindex als die Überzugsschichten 22 und 26. Somit ist das in den Verstärkungswellenleitern 32 erzeugte und durch die geringverlustigen, passiven Wellenleiter 34 übertragene Licht durch das gut bekannte Phänomen der internen Totalreflexion innerhalb der aktiven Schicht 24 der Wellenleiter begrenzt.
Durch Indexführung wird eine Begrenzung des optischen Bündels durch interne Reflexion bei einer Änderung des Brechungsindex erzeugt, und es bedeutet, daß sich die Welle mit einer ebenen Wellenfront fortpflanzt. Im Gegensatz dazu begrenzt Verstärkungsführung das optische Bündel, indem axiale Strahlen mehr als außer axiale Strahlen verstärkt werden. Verstärkungsführuhg kann aufgrund ihrer Art nicht verwendet werden, einen passiven Wellenleiter zu bilden.
Die passiven Wellenleiter 34 werden einheitlich in dem aktiven Medium gebildet und haben eine größere Energiebandlücke als die Energie der verstärkten Lichtwellen, so daß das Koppeln des passiven Wellenleiters nahezu für Licht von den Verstärkungswellenleitern transparent ist und nicht in Vorwärtsrichtung vorgespannt werden muß, um die Lichtwellen zu übertragen. Diese transparenten, passiven Wellenleiter 34 können schmaler als die Verstärkungswellenleiter 32 sein. Wenn die transparenten, passiven Wellenleiter 34 ausreichend schmal sind, liefern sie einen verbesserten Eingangs-/Ausgangs-Kopplungswirkungsgrad.
Ein Mehrelementschalten oder Modulation kann mit einer linearen Mehrfachanordnung von aktiven Elementen erhalten werden. Jedes Element in der Mehrfachanordnung ist ähnlich einer vergrabenen Heterostruktur oder einem anderen indexgeführten Diodenlaser konstruiert. Bei manchen Anwendungen können verstärkungsgeführte Wellenleiter oder Kombinationen aus verstärkungsgeführten und indexgeführten Wellenleitern zweckmäßig sein.
Die Halbleiterheterostruktur 38 des Beispiels der Fig. 5 hat eine lineare Mehrfachanordnung von verstärkungsfaktorgeführten oder indexgeführten Wellenleitern 40. Ein Eingangslichtbündel 42 trifft auf die Eingangsfacette 44 der Halbleiterheterostruktur 38 auf. Das Lichtbündel ist ungeführt. Das Lichtbündel wird in eine Richtung fokussiert, um an die Verstärkungswellenleiter 40 anzupassen, die mit der Eingangsfacette 44 gekoppelt sind. Das Lichtbündel wird schwach in der orthogonalen Richtung fokussiert, um zu der linearen Ausdehnung der Mehrfachanordnung zu passen.
Das Licht wird entweder durch jeden Verstärkungswellenleiter in der Mehrfachanordnung übertragen oder nicht übertragen. Wenn mit einer Null- oder Rückwärtsvorspannung betrieben wird, ist der aktive Bereich in jedem Wellenleiter stark absorbierend, wodurch der nichtübertragende oder Aus-Zustand des Schalters erzeugt wird. Der übertragende oder Ein-Zustand wird erhalten, indem jeder aktive Bereich mit einem geeigneten Strompegel in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird. Jeder Verstärkungswellenleiter hat seinen eigenen, getrennt adressierbaren Kontakt, so daß jeder Verstärkungswellenleiter unabhängig adressiert werden kann, Licht, das in den Wellenleiter gekoppelt ist, zu übertragen oder Licht nicht zu übertragen. Somit kann die Übertragung eines Anteils des Lichtbündels 42 in irgendeine der optischen Fasern 50 in Abhängigkeit von dem extern programmierten Zustand des entsprechenden der Wellenleiter 40 zugelassen oder verhindert werden.
Wenn zu einer optischen Faser übertragen wird, kann die Verstärkung des Wellenleiters gesteuert werden, indem der Pegel des Vorwärtsstroms eingestellt wird, der in dem Ein-Zustand angewendet wird, wodurch die Intensität des übertragenen Lichts erhöht wird, um Verluste auszugleichen, die in anderen Teilen des Systems auftraten.
Das von der Mehrfachanordnung von Verstärkungswellenleitern übertragene Licht pflanzt sich durch die Ausgangsfacette 48 der Halbleiterheterostruktur 38 hindurch fort. Die Ausgangsfacette ist mit den Verstärkungswellenleitern in der Halbleiterheterostruktur und einer Mehrfachanordnung von Faseroptiken 50 außerhalb der Halbleiterheterostruktur gekoppelt. Die Eingangsfacette und die Ausgangsfacette sind auf entgegengesetzten Seiten der Halbleiterheterostruktur und senkrecht zu den Halbleiterschichten, wobei sie die aktive Schicht in der Heterostruktur einschließen. Die Facetten können mit einer Vergütungsbeschichtung beschichtet sein, um die Lichtübertragung zu erhöhen und eine optische Rückkopplung zu unterdrücken, die das Erzeugen von Laserstrahlen bewirkt.
Die Halbleiterstruktur 38 kann als eine optische Mehrelement- Schaltmehrfachanordnung und/oder ein optischer Mehrelementmodulator arbeiten. Wenn sie als Schaltmehrfachanordnung betrieben wird, wird irgendein einzelnes Element entweder in Vorwärtsrichtung mit einem konstanten Strom vorgespannt, um den übertragenden oder Ein-Zustand zu erzeugen, oder nicht vorgespannt oder rückwärts mit einer konstanten Spannung vorgespannt, um den Sperr- oder Aus-Zustand zu erzeugen. Diese Betriebsart ist geeignet, wenn das eintreffende Lichtbündel Informationen trägt, die zu einer oder mehreren optischen Fasern verbreitet werden sollen. Wenn das einfallende Lichtbündel keine Informationen trägt, kann jedes einzelne Element von aus nach an geschaltet werden, wodurch es ein Informationssignal dem Bündel aufgeprägt, das mit seiner optischen Faser gekoppelt ist, und als ein Mehrelementmodulator arbeitet. Des weiteren kann, wenn ein einzelner Schalter in dem Ein-Zustand ist, der Vorstrom positiv moduliert werden, um Informationen der Amplitude des Bündels hinzuzufügen, das bereits Informationen trägt. Damit die Informationssignale nicht stören, müssen sie an der Erfassungsstation einer Trennung fähig sein, bspw. eine Amplitudenmodulation bei verschiedenen Trägerfrequenzen oder eine Amplitudenmodulation von dem Mehrelementmodulator, die einem frequenzmodulierten Lichtbündel aufgeprägt wird.
Das einfallende Lichtbündel 42 kann durch eine Mehrmodenfaser mit großem Kern übertragen werden, indem das Ende der Faser zu einer nahezu rechteckigen Form abgeschrägt wird, die wirksamer zu den Abmessungen der Mehrfachanordnung der Verstärkungswellenleiter an der Eingangsfacette paßt.
Das Vorspannen irgendeines Verstärkungswellenleiters in der Mehrfachanordnung mit einer Null- oder einer Rückwärtsspannung bewirkt, daß Licht absorbiert wird, wodurch ein Strom in einer externen Schaltung erzeugt wird. Bei diesem Zustand arbeitet jeder Verstärkungswellenleiter als eine Photoerfassungseinrichtung, die verwendet werden kann, Informationssignale zu überwachen, die in der Intensitätsmodulation von irgendeinem Lichtbündel in dem Kanal enthalten sind. Solche Signale können verwendet werden, die Verstärkung in dem Ein-Zustand einzustellen, um eine ungleichförmige Beleuchtung zu korrigieren oder das Vorhandensein spezifischer Bündel zu erfassen, deren Intensitäten geeignet moduliert worden sind. Wenn ein Verstärkungswellenleiter vorwärts vorgespannt wird, erzeugen Änderungen bei der Eingangsintensität auch Änderungen bei der Ausgangspannung bei konstantem Strom, die klein aber ebenso zweckmäßig sind.
Das Koppeln des Eingangs- oder Ausgangsbündels mit den Verstärkungswellenleitern in der Mehrfachanordnung kann verstärkt werden, indem schmale, lichtdurchlässige, passive Wellenleiter verwendet werden, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Die Halbleiterheterostruktur 52 der Fig. 6 hat eine Mehrfachanordnung von Verstärkungswellenleitern 54. Die Eingangsfacette 56 ist mit einem passiven Wellenleiter 58 gekoppelt, der koaxial ist und mit dem Verstärkungswellenleiter 54 gekoppelt ist. Der Verstärkungswellenleiter 54 ist auch koaxial und mit dem anderen passiven Wellenleiter 60 gekoppelt, der mit der Ausgangsfacette 62 gekoppelt ist. Der Verstärkungswellenleiter ist somit durch passive Wellenleiter mit der Eingangs- und der Ausgangsfacette der Halbleiterheterostruktur gekoppelt.
Weil der Modus bei dem passiven Wellenleiter nur schwach begrenzt ist, bietet er dem hereinkommenden Bündel einen größeren Querschnitt als der Verstärkungswellenleiter. Ähnlich strahlt die passive Führung mit weniger Divergenz und koppelt dadurch wirksamer in eine Ausgangsfaser als der Verstärkungswellenleiter mit starker, optischer Begrenzung.
Der Raum zwischen Verstärkungswellenleitern in der Mehrfachanordnung kann ein Material mit breiter Lücke sein, das bspw. durch die Schichtumordnung erzeugt wird, die verwendet wird, die einzelnen Wellenleiter zu bilden. Infolgedessen sind die Bereiche zwischen den Streifen in dem Spektralbereich lichtdurchlässig, wo der Verlust der Verstärkungswellenleiter elektrisch gesteuert werden kann. Diese Lichtdurchlässigkeit bedeutet, daß der Zwischenstreifenraum an der Ausgangsfacette der Mehrfachanordnung ungeführtes Licht als Hintergrundlecken emittiert. Der Gegensatz zwischen den hellen Flecken, die durch die Verstärkungswellenleiter geführt werden, und diesem ungeführten Hintergrund kann angemessen groß gehalten werden, indem die optische Länge der Mehrfachanordnung erhöht wird. Andere Konstruktionen, bei denen inaktive, absorbierende Bereiche zwischen den Verstärkungswellenleitern der Mehrfachanordnung angeordnet sind, sind auch möglich.
Jede von beiden Halbleiterheterostrukturen der Fig. 5 und 6 kann als Mehrelementdruckstange für elektrostatographische Drucker verwendet werden. Gegenwärtige, elektrooptische Modulatoren haben einzelne Bildelemente auf Zentren von 10 µm, um eine Auflösung von 12 Punkten pro Millimeter (300 Punkte pro Zoll) zu erhalten. Diese Auflösung entspricht einer optischen Vergrößerung von 8,5. Da die Halbleiterschalter, die in den Fig. 5 und 6 beschrieben sind, ohne weiteres mit Zentren von 5 µm hergestellt werden können, kann eine Auflösung von 24 Punkten pro Millimeter (600 Punkte pro Zoll) für gegenwärtige Druckerkonstruktionen erreicht werden. Mit einer Auflösung von 24 Punkten pro Millimeter (600 Punkte pro Zoll) wäre die gesamte, geradlinige Ausdehnung der Druckstange 2,5 cm und deshalb auf einem einzigen Chip.
Jedoch ist eine andere Methode, die optische Vergrößerung des Druckers zu ändern, um einen kleineren Halbleiterchip zu gestatten. Beispielsweise verlangt ein Chip von 1 cm, der auf 21,6 cm (8,5 Zoll) projiziert wird, eine optische Vergrößerung von 21,6. Somit verlangt eine Auflösung von 12 Punkten pro Millimeter (300 Punkte pro Zoll) Elemente mit Zentren von 4 µm, was herstellbar ist. Jedoch werden; da es schwierig ist, den Abstand von 2 µm zu erzielen, der verlangt wird, um 24 Punkte pro Millimeter (600 Punkte pro Zoll) auf diese Weise zu erreichen, Hochauflösungsstangen sehr wahrscheinlich länger als 1 cm gemacht werden müssen. Druckstangen mit Mehrelement- Schaltmehrfachanordnungen der Fig. 5 und 6 haben eine inhärente Intensitätssteuerung, da der Ein-Strom verwendet werden kann, die Ausgangsintensität von jedem Element fein abzustimmen. Ein anderer Vorteil ist, daß die Steuerspannung bei jedem Element ± 10 Volt nicht überschreitet, verglichen mit den hunderten von Volt, die benötigt werden, gegenwärtige, elektrooptische Einrichtungen zu schalten.
Wenn das Eingangsbündel in einer optischen Einmodenfaser enthalten ist, wird ein optischer Teiler verlangt, die Auffächerung von einem Kanal zu den einzelnen Elementen in der Schaltmehrfachanordnung zu liefern.
Die Halbleiterheterostruktur 64 der Fig. 7 hat einen optischen Teiler 66, in dem ein einzelner, passiver Wellenleiter 68 an einem Punkt 70 in mehrere, passive Wellenleiter 72 aufgeteilt ist. Jeder der mehreren, passiven Wellenleiter 72 ist koaxial und mit einem Verstärkungswellenleiter 74 innerhalb einer Mehrfachanordnung von einzeln adressierten Verstärkungswellenleitern gekoppelt.
Eine optische Einmodeneingangsfaser 76 ist mit der Eingangsfacette 78 der Halbleiterheterostruktur 64 gekoppelt, die mit dem passiven Wellenleiter 68 gekoppelt ist. Eingangslicht pflanzt sich durch den einzelnen, passiven Wellenleiter 68 fort, wird an einem Punkt 70 in mehrere, passive Wellenleiter 72 aufgeteilt und pflanzt sich zu einer Mehrfachanordnung von einzeln adressierten Verstärkungswellenleitern 74 fort. Die Verstärkungswellenleiter einzeln vorzuspannen, macht die Halbleiterheterostruktur 64 zu einer optischen Schaltmehrfachanordnung, so daß das übertragene Licht durch die Ausgangsfacette 80 ausgesendet wird, die mit der Mehrfachanordnung von Verstärkungswellenleitern gekoppelt ist. In dem Ein-Zustand wird die Verstärkung von den Verstärkungswellenleitern eingestellt, um den dem Teiler 66 eigenen Teilungsverlust auszugleichen. Von jedem Verstärkungswellenleiter übertragenes Licht wird einer einzelnen, optischen Faser eingegeben, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, oder einem einzelnen Wellenleiter in einem anderen optischen Kreis.
Die Halbleiterheterostruktur 82 der Fig. 8 weist einen optischen Teiler 84 auf, in dem ein einzelner, passiver Wellenleiter 86 durch einen Y-Koppler 88 in zwei passive Wellenleiter 90 aufgeteilt wird. Jeder passive Wellenleiter 90 wird seinerseits durch einen Y-Koppler 92 in zwei passive Wellenleiter 94 zu einer Gesamtzahl von vier passiven Wellenleitern 94 aufgeteilt. Jeder der mehreren, passiven Wellenleiter 94 ist koaxial und mit einem Verstärkungswellenleiter 96 in einer Mehrfachanordnung einzeln adressierter Verstärkungswellenleiter gekoppelt. Der optische Teiler 84 ist somit eine Reihe oder ein Baum von gekoppelten Y-Kopplern passiver Wellenleiter.
Eine optische Einmodeneingangsfaser 98 ist mit der Eingangsfacette 100 der Halbleiterheterostruktur 82 gekoppelt, die mit dem passiven Wellenleiter 86 gekoppelt ist. Eingangslicht pflanzt sich durch den einzelnen, passiven Wellenleiter 86 fort, wird durch einen Y-Koppler 88 in zwei passive Wellenleiter 90 aufgeteilt, wird weiter durch einen Y-Koppler 92 in passive Wellenleiter 94 aufgeteilt. Die passiven Wellenleiter 94 pflanzen das Licht zu einer Mehrfachanordnung einzeln adressierter Verstärkungswellenleiter 96 fort. Indem die Verstärkungswellenleiter einzeln vorgespannt werden, wird die Halbleiterheterostruktur 82 eine optische Schaltmehrfachanordnung, so daß das hindurchgelassene Licht durch die Ausgangsfacette 102 ausgesandt wird, die mit der Mehrfachanordnung von Verstärkungswellenleitern gekoppelt ist. Licht, das durch jeden Verstärkungswellenleiter übertragen wird, wird einer einzelnen, optischen Faser eingegeben, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, oder einem einzelnen Wellenleiter in einem anderen optischen Kreis.
Die Halbleiterheterostruktur 104 der Fig. 9 weist einen optischen Teiler 106 auf, in dem ein einzelner, passiver Wellenleiter 108 durch eine Hornanordnung 110 in mehrere, passive Wellenleiter 112 aufgeteilt wird. Jeder der mehreren passiven Wellenleiter 112 ist koaxial und mit einem Verstärkungswellenleiter 114 innerhalb einer Mehrfachanordnung von einzeln adressierten Verstärkungswellenleitern gekoppelt.
Die Hornanordnung 110 ist mit Material breiter Bandlücke mit vertikaler Wellenleitung gebildet, so daß die passiven Wellenleiter 112 um eine Kontur herum angeordnet werden, die zu der Wellenfront des Bündels paßt, das sich in der Hornanordnung fortpflanzt. Die Hornstruktur wird durch teilweises Fehlordnen innerhalb ihrer Grenzen gebildet, um die Bandlücke der aktiven Schicht zu erweitern, während die vertikale Wellenleitung beibehalten wird.
Eine optische Einmodeneingangsfaser 116 ist mit der Eingangsfacette 118 der Halbleiterheterostruktur 104 gekoppelt, die mit dem passiven Wellenleiter 108 gekoppelt ist. Eingangslicht pflanzt sich durch den einzelnen, passiven Wellenleiter 108 hindurch fort, wird durch eine Hornanordnung 110 in mehrere, passive Wellenleiter 112 aufgeteilt und pflanzt sich zu einer Mehrfachanordnung von einzeln adressierten Verstärkungswellenleitern 114 fort. Indem die Verstärkungswellenleiter einzeln vorgespannt werden, wird die Halbleiterheterostruktur 104 zu einer optischen Schaltmehrfachanordnung, so daß das hindurchgelassene Licht durch die Ausgangsfacette 120 ausgesandt wird, die mit der Mehrfachanordnung von Verstärkungswellenleitern gekoppelt ist. Licht, das von jedem Verstärkungswellenleiter übertragen wird, wird einer einzelnen, optischen Faser eingegeben, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, oder einem einzelnen Wellenleiter in einem anderen optischen Kreis.
Die Verstärkungswellenleiter 122 in Fig. 10 sind gekrümmt, um das sich fortpflanzende Licht von dem optischen Teiler 124 besser zu empfangen. Bei diesem erläuternden Beispiel ist eine optische Einmodeneingangsfaser 126 mit der Eingangsfacette 128 der Halbleiterheterostruktur 130 gekoppelt, die mit dem passiven Wellenleiter 132 gekoppelt ist. Eingangslicht pflanzt sich durch den einzelnen, passiven Wellenleiter 132 hindurch fort, wird durch eine Hornanordnung 134 in die mehreren passiven Wellenleier 136 aufgeteilt, und pflanzt sich zu einer Mehrfachanordnung einzeln adressierter, gekrümmter Verstärkungswellenleiter 122 fort. Indem die Verstärkungswellenleiter einzeln vorgespannt werden, wird die Halbleiterheterostruktur 130 eine optische Schaltmehrfachanordnung, so daß das übertragene Licht durch die Ausgangsfacette 138 ausgesandt wird, die mit der Mehrfachanordnung der Verstärkungswellenleiter gekoppelt ist. Licht, das von jedem Verstärkungswellenleiter übertragen wird, wird einer einzelnen, optischen Faser eingegeben, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, oder einem einzelnen Wellenleiter in einem anderen optischen Kreis. Die gekrümmten Verstärkungswellenleiter erhalten auch Licht von anderen optischen Teilern und pflanzen es fort, wie dem einzelnen passiven Wellenleiter, der an einem Punkt in mehrere passive Wellenleiter der Fig. 7 aufgeteilt wird, und die Reihe oder der Baum von gekoppelten Y-Kopplern der passiven Wellenleiter der Fig. 8.
Diese Anordnungen in den Fig. 7, 8, 9 und 10 können auch umgekehrt als optische Kombinationseinrichtungen verwendet werden, um mehrere Bündel zueinander zurückzubringen, nachdem sie durch die Schaltelemente hindurchgegangen sind.
Obgleich die Anordnungen der Fig. 7, 8, 9 und 10, die verstärkenden Wellenleiter unmittelbar mit der Ausgangsfacette gekoppelt zeigen, können sie alternativ mit der Ausgangsfacette durch geringverlustige, passive Wellenleiter auf gleiche Weise wie bei der Anordnung der Fig. 6 gekoppelt werden.

Claims

1. Eine optische Halbleitermehrfachanordnung (10), umfassend:

eine monolithische Halbleiterstruktur mit einer Mehrzahl von Halbleiter-Heterostrukturschichten (22, 24, 26, 28), die über einem Substrat (20) angeordnet sind, wobei wenigstens eine der genannten Schichten (24) eine aktive Schicht zur Lichtverstärkung und Fortpflanzung ist;

eine Eingangsfacette (44) und eine Ausgangsfacette (48), die an entgegengesetzten Enden der genannten monolithischen Halbleiterstruktur, senkrecht zu der genannten Mehrzahl von Halbleiter-Heterostrukturschichten und der genannten aktiven Schicht angeordnet sind, wobei die genannte Eingangsfacette eintreffende Lichtquellen (42) empfängt und die genannte Ausgangsfacette übertragene Lichtwellen fortpflanzt;

und eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Verstärkungswellenleitern (74 oder 96 oder 114), die in der aktiven Schicht angeordnet sind, wobei die Verstärkungswellenleiter durch durch Störstellen fehlgeordnete Bereiche begrenzt und getrennt sind, so daß die aktive Schicht in den Verstärkungswellenleitern nicht fehlgeordnet ist, wobei jeder der genannten Verstärkungswellenleiter eine vorbestimmte Weite aufweist, und ein Eingangsende und ein Ausgangsende hat;

Einrichtungen (28, 20) die die Halbleiterschichten unterhalb und oberhalb der aktiven Schicht in den Verstärkungswellenleitern umfassen, wobei die Einrichtungen elektrisch mit der genannten aktiven Schicht (24) in den Verstärkungswellenleitern zum Anlegen einer elektrischen Vorwärtsspannung an die genannte aktive Schicht in den Verstärkungswellenleitern gekoppelt sind;

das Ausgangsende von jedem verstärkenden Wellenleiter ist mit der Ausgangsfacette entweder unmittelbar oder durch einen geringverlustigen, passiven Wellenleiter (60) gekoppelt;

das Eingangsende von jedem verstärkenden Wellenleiter (40) ist mit der Eingangsfacette (44) durch einen geringverlustigen, passiven Wellenleiter (58) für jeden verstärkenden Wellenleiter (54) oder durch einen gemeinsam benutzten, niedrigverlustigen, passiven Wellenleiter (68, 108, 132) mit dem Wellenleiter mit der genannten Mehrzahl von verstärkenden Wellenleitern (74, 114, 122) durch einen optischen Teiler (70, 110, 134) oder durch mehr als einen gemeinsam benutzten, geringverlustigen, passiven Wellenleiter (86, 90) gekoppelt, wobei jeder gemeinsam benutzte, geringverlustige, passive Wellenleiter mit der genannten Mehrzahl von verstärkenden Wellenleitern (96) durch einen optischen Teiler (92) gekoppelt ist; und

wobei die genannten geringverlustigen, passiven Wellenleiter zum Koppeln der Verstärkungswellenleiter (54, 74, 96, 114, 122) mit der Ausgangsfacette und der Eingangsfacette in der aktiven Schicht angeordnet sind und durch störstelleninduz ierte, fehlgeordnete Bereiche begrenzt sind, so daß die passiven Wellenleiter eine größere Bandlücke als die aktive Schicht haben.

2. Die optische Halbleitermehrfachanordnung des Anspruchs 1, worin, die genannte optische Halbleitermehrfachanordnung eine Mehrfachanordnung von unabhängig adressierten, optischen Schaltern umfaßt.

3. Die optische Halbleitermehrfachanordnung des Anspruchs 1, worin, die genannte optische Halbleitermehrfachanordnung eine Mehrfachanordnung von unabhängig adressierten, optischen Modulatoren umfaßt

4. Die optische Halbleitermehrfachanordnung des Anspruchs 2 oder Anspruchs 3, worin die genannte Einrichtung, die elektrisch mit der genannten aktiven Schicht gekoppelt ist, des weiteren eine Mehrzahl von unabhängig adressierbaren Kontakteinrichtungen umfaßt, eine für jeden Verstärkungswellenleiter, die jeweils mit den Verstärkungswellenleitern gekoppelt sind.

5. Die optische Halbleitermehrfachanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin die genannten geringverlustigen, passiven Wellenleiter (58, 60) eine wesentlich geringere Weite als die genannte vorbestimmte Weite der Verstärkungswellenleiter (54) haben.

6. Die optische Halbleitermehrfachanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, worin der oder jeder der genannten optischen Teiler ein geringverlustiger, Y-geformter Koppler ist.

7. Die optische Halbleitermehrfachanordnung des Anspruchs 6, worin die genannte optische Halbleitermehrfachanordnung eine optische Kombinationseinrichtung ist.

8. Die optische Halbleitermehrfachanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, worin der oder jeder der genannten optischen Teiler ein geringverlustiger Hornteiler ist.

9. Die optische Halbleitermehrfachanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, worin die genannten Verstärkungswellenleiter (112) gekrümmt sind.