DE69625396T2 - Segmentierter optischer Leiter, dessen Verwendung insbesondere in einer Halbleitervorrichtung - Google Patents
Segmentierter optischer Leiter, dessen Verwendung insbesondere in einer HalbleitervorrichtungInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen optischen Leiter mit mehreren Segmenten.
- Genauer gesagt betrifft sie die Verbindung von zwei leitenden Strukturen, die unterschiedliche Einschließungskonfigurationen aufweisen. Solche Strukturen sind insbesondere die eines vergrabenen Streifens und eines externen Streifens, die auf einer gleichen Halbleiterplatte gebildet sind, die ein optoelektronisches Bauelement bildet. Der vergrabene und der externe Streifen bilden typischerweise die Lichtleiter eines integrierten Lasers und eines Modulators, wobei die Platte z. B. auf Grundlage von Indiumphosphid gebildet ist. Sie werden jeweils international mit den englischen Ausdrücken "Buried Heterostructure" oder "BH" für "vergrabene Heterostruktur" und "ridge" für "Kante" bezeichnet. Ihre jeweiligen Eigenschaften werden in der nachfolgenden Beschreibung besprochen.
- Es können jedoch auch andere Vorrichtungen von der vorliegenden Erfindung betroffen sein. Sie können auf einem elektrooptischen Substrat wie etwa Lithiumniobat oder einem Glas realisiert sein. Sie können diverse optische Elemente und Verbindungen zwischen diesen Elementen, bei denen es sich z. B. um Laser, Leuchtdioden, Fotodioden, elektrooptische Modulatoren, Eingangs- oder Ausgangssegmente des Leiters einer integrierten Schaltung, optische Fasern, Schalter, Koppler, optische Verstärker, Spiegel, Filter, Beugungsgitter etc. handeln kann, enthalten. Manche dieser Elemente oder Verbindungen sind mit Hilfe von leitenden Strukturen realisiert. Eine solche Struktur hat eine Einschließungskonfiguration, die definiert ist durch die Positionen und Abmessungen ihrer Bestandteile in einer Querebene und durch deren Brechungsindizes. Aus technologischen Gründen oder aus Gründen der Leistungsfähigkeit hängt diese Konfiguration ab von dem zu integrierenden Element oder der zu integrierenden Verbindung. Anschlüsse müssen manchmal zwischen leitenden Strukturen geschaffen werden, die unterschiedliche Konfigurationen aufweisen, wobei diese Strukturen dann aufeinanderfolgende Segmente eines gleichen optischen Leiters bilden.
- Allgemein bewirken solche Anschlüsse den Verlust eines Teils des geführten Lichtes. Um diesen Verlust zu begrenzen, ist es bekannt, zwischen den zwei Leitersegmenten, die durch die zwei zu verbindenden leitenden Strukturen gebildet sind, in Reihe ein Übergangssegment anzuordnen, das aus einer leitenden Struktur besteht, von der eine Querabmessung von einem Ende dieses Segments zum anderen fortschreitend variiert.
- Typischerweise ist bei in Planartechnik realisierten leitenden Strukturen an jedem der zwei Enden des Übergangssegments die Breite des Kerns des Segments gleich der Breite des Kerns der an dieses Ende angeschlossenen leitenden Struktur, und diese Breite variiert linear zwischen den zwei Enden.
- Um eine wirtschaftliche industrielle Fertigung der Vorrichtung zu ermöglichen, muss das Übergangssegment vorzugsweise gleichzeitig und mit den gleichen Mitteln wie wenigstens eine der zwei zu verbindenden Strukturen realisiert werden.
- Ziel der vorliegenden Erfindung ist insbesondere, eine preiswerte Realisierung eines Anschlusses zu ermöglichen, der geringe Lichtverluste beim Übergang zwischen zwei leitenden Strukturen bewirkt, die unterschiedliche optische Parameter aufweisen.
- Mit Hilfe der beigefügten schematischen Figuren wird im Folgenden genauer als nicht einschränkendes Beispiel beschrieben, wie die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Wenn in mehreren Figuren ein gleiches Element dargestellt ist, ist es dort mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
- Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Halbleiterplatte, bei der die Erfindung angewendet werden soll.
- Fig. 2 zeigt eine Ansicht dieser Platte im Längsschnitt nach Abscheidung einer Begrenzungsschicht.
- Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf diese Platte nach einem Ätzen der Begrenzungsschicht und einem ersten Angriff auf die Platte.
- Fig. 4 und 5 zeigen zwei Ansichten der Platte im Schnitt entlang zweier Querebenen IV-IV und V-V der Fig. 3 nach diesem ersten Angriff.
- Fig. 6 und 7 zeigen zwei Ansichten dieser Platte im Schnitt entlang der gleichen Querebenen nach einem zweiten Angriff.
- Fig. 8 zeigt eine Ansicht dieser Platte im Schnitt entlang der Querebene IV-IV nach Auffüllen von seitlichen Aussparungen.
- Fig. 9 und 10 zeigen zwei Ansichten dieser Platte im Schnitt durch die zwei gleichen Querebenen nach der Bildung von Elektroden, wobei die Platte dann eine erfindungsgemäße Vorrichtung darstellt.
- Fig. 11 zeigt eine Draufsicht auf einen zusammengesetzten Leiter dieser Vorrichtung.
- Fig. 12 zeigt ein Diagramm der Veränderung eines Lichtverlustes in der Vorrichtung in Abhängigkeit von einem Breitenüberschuss eines Leitersegments dieser Vorrichtung.
- Mit Hilfe der Fig. 1 bis 10 wird zunächst angegeben, wie ein vergrabener Streifen und ein externer Streifen dieser Vorrichtung realisiert werden können, wobei sich versteht, dass diese Streifen zwei verschiedene leitende Strukturen bilden, und dass diese zwei Strukturen so miteinander verbunden werden müssen, dass sie einen hinteren Bereich und ein vorderes Segment eines erfindungsgemäßen optischen Leiters bilden.
- Gemäß dieser Figuren wird eine herzustellende Vorrichtung in einem Substrat erzeugt. Dieses Letztere ist z. B. durch eine Halbleiterplatte 2 gebildet, die aus Schichten geformt ist, die sich in einer horizontalen Längsrichtung DZ und einer Querrichtung DX erstrecken und in einer vertikalen Richtung DY übereinandergeschichtet sind. Diese Richtungen sind in Bezug auf diese Platte definiert. Diese Platte umfasst ein Segment mit vergrabenem Streifen SL, ein Übergangssegment ST, das das Segment SL verlängert, und ein Segment mit externem Streifen SM, die sich in der Längsrichtung erstrecken und jeweils einen vergrabenen Streifen RL bzw. einen externen Streifen RM umfassen. Diese Streifen sind in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Die zwei Segmente sind in der Richtung DZ aufeinander ausgerichtet.
- Jedes von ihnen umfasst eine Schicht mit erhöhtem Index GL oder GM, die zwischen zwei Einschließungsschichten, einer unteren Schicht CB und einer oberen Schicht CS, angeordnet ist. Der hier betrachtete erhöhte Index ist ein Brechungsindex n&sub1;, und er ist in Beziehung auf den der Einschließungsschichten so erhöht, dass die vertikale Ausdehnung einer einzigen geführten Mode, in der sich eine optische Welle in diesem Streifen in Längsrichtung ausbreiten soll, begrenzt ist.
- Die Schicht mit erhöhtem Index GL und die obere Einschließungsschicht CS des vergrabenen Streifens RL sind in Querrichtung zwischen zwei seitlichen Einschließungsblöcken 4 begrenzt, die Teil der Platte 2 sind. Diese Blöcke haben einen niedrigeren Brechungsindex n&sub2; als den erhöhten Brechungsindex, so dass diese Querbegrenzung der Schicht mit erhöhtem Index die Querausdehnung der von diesem Streifen geführten Mode begrenzt. Außerdem sind sie so realisiert, dass ein Versorgungsstrom, der vertikal in der Platte fließt, in dem vergrabenen Streifen eingeschlossen ist. Dies kann in bekannter Weise durch eine Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstandes eines diese Blöcke bildenden Materials und/oder durch Bildung eines sperrenden Halbleiterübergangs in diesen Blöcken erreicht werden.
- Die obere Einschließungsschicht CS des externen Streifens RM hat einen Brechungsindex n&sub2;, der höher als der Brechungsindex n&sub3; eines z. B. gasförmigen Raums außerhalb der Platte ist. Sie ist in Querrichtung zwischen zwei Aussparungen 14 und 16 der Platte begrenzt, die zu diesem äußeren Raum gehören und die Schicht mit erhöhtem Index GM und die untere Einschließungsschicht CB bestehen lassen. Diese Querbegrenzung der oberen Einschließungsschicht begrenzt die Querausdehnung der von diesem Streifen geführten Mode.
- Alle diese Schichten sind durch epitaxiale Abscheidungen auf einem nicht dargestellten Substrat gebildet. Das Substrat und die untere Einschließungsschicht sind z. B. vom n-Typ. Die obere Einschließungsschicht CS ist z. B. vom p-Typ, genauso wie eine stark dotierte Kontaktschicht 6, die auf dieser Einschließungsschicht abgeschieden ist.
- Die herzustellende Vorrichtung umfasst ferner Elektroden EL, EM und EG, die oberhalb und unterhalb der Platte in jedem dieser Segmente gebildet sind. Genauer gesagt sind die Elektroden EL und EM jeweils auf dem vergrabenen Streifen RL und auf dem externen Streifen RM gebildet, und die untere Elektrode EG ist beiden Segmenten gemeinsam.
- Der externe Streifen RM ist durch die folgenden Operationen gebildet:
- - Abscheiden der unteren Einschließungsschicht CB, Bilden der Schicht mit erhöhtem Index GL, GM durch eine Abscheidung, ein Ätzen und eine Abscheidung, Abscheiden der oberen Einschließungsschicht CS, einer stark dotierten Kontaktschicht 6 und einer dielektrischen Begrenzungsschicht 8, die in Fig. 2 dargestellt ist und die obere Einschließungsschicht in den zwei Segmenten überdeckt,
- - Ätzen der Begrenzungsschicht, um in dem Segment mit externem Streifen SM ein Begrenzungsband 10 zu bilden, das in Querrichtung mit dem zu bildenden externen Streifen RM zusammenfällt,
- - und Angreifen der Platte durch ein Angriffsmedium, welches das Begrenzungsband 10 verschont. Dieser Angriff ist in der Tiefe jenseits der Schicht mit erhöhtem Index GL, GM begrenzt. Er ergibt zwei anfängliche seitliche Aussparungen 14 und 16, die in Fig. 5 gezeigt sind und beiderseits des externen Streifens RM angeordnet sind. Er wird im Folgenden als ein erster Angriff bezeichnet.
- Um eine Selbstausrichtung der Streifen RL und RM zu erreichen, wird das Ätzen der Begrenzungsschicht durchgeführt, um auch das Begrenzungsband 10 in dem Segment mit vergrabenem Streifen SL zu bilden, indem man dieses Band mit dem zu bildenden vergrabenen Streifen RL in Querrichtung zusammenfallen lässt. Daraus resultiert, dass der erste Angriff anschließend in diesem ersten Segment einen Ansatz des vergrabenen Streifens 12 freilegt. Dieser Ansatz ist in Fig. 4 gezeigt. Er steht zwischen den zwei anfänglichen seitlichen Ausnehmungen 14 und 16 vor, die in der Tiefe jenseits der Schicht mit erhöhtem Index GL begrenzt sind.
- Der vergrabene Streifen wird anschließend durch die folgenden Operationen gebildet:
- - Abscheiden einer Schutzschicht 18 in den zwei Segmenten SL und SM.
- - Ätzen dieser Schutzschicht 18, so dass sie nur in dem Segment mit externem Streifen RM bestehen bleibt.
- - Angriff der Platte durch ein Angriffsmedium, das die Schutzschicht verschont. Dieser zweite Angriff wird in der Tiefe über die Schicht mit erhöhtem Index GL hinausgetrieben, um in dem Segment mit vergrabenem Streifen SL einen Körper des vergrabenen Streifens 20 freizulegen. Dieser Körper ist in Fig. 6 gezeigt. Er steht zwischen zwei vertieften seitlichen Aussparungen 22 und 24 vor.
- - Schließlich selektives Abscheiden wenigstens eines Materials 4 durch ein selektives Abscheidungsverfahren, welches auf den bestehen bleibenden Bereichen der Begrenzungsschicht 10 und der Schutzschicht 18 unwirksam ist. Diese Abscheidung bildet die seitlichen Einschließungsblöcke 4, indem sie die vertieften seitlichen Aussparungen ausfüllt.
- Selbstverständlich kann man je nach Typ des zu realisierenden Lasers mit vergrabenem Streifen die seitlichen Einschließungsblöcke durch Abscheiden einer Folge von voneinander verschiedenen Materialien bilden.
- Die Begrenzungsschicht 10 und die Schutzschicht 18 bestehen typischerweise aus dielektrischen Materialien. Eine Operation des wenigstens teilweisen Beseitigens der bestehen bleibenden Teile der Begrenzungs- und der Schutzschicht wird nach Abscheiden des Materials der seitlichen Einschließung 4 und vor der Bildung der oberen Elektroden EL und EM durchgeführt.
- Die Einschließungsschichten CB und CS bestehen z. B. aus Indiumphosphid, die Schicht mit erhöhtem Index GL, GM aus ternären oder quaternären Legierungen wie etwa GaInAS, GaInAsP oder aus einer Überlagerung von aus solchen Legierungen gebildeten und durch Indiumphosphid-Sperrschichten getrennten Quantentrögen, die Begrenzungsschicht 10 aus Siliziumnitrid Si&sub3;N&sub4; und die Schutzschicht 18 aus Quarz SiO&sub2;, wobei wenigstens ein seitliches Einschließungsmaterial 4 z. B. aus halb- isolierendem Indiumphosphid besteht.
- Typischerweise hat die Schicht mit erhöhtem Index GL, GM zwei unterschiedliche charakteristische Wellenlängen wie etwa 1.560 und 1.510 nm in den zwei Segmenten SL bzw. SM, so dass das Segment mit vergrabenem Streifen SL einen Laser zum Emittieren von infrarotem Licht bildet und das Segment mit externem Streifen SM einen Modulator zum Modulieren dieses Lichtes bildet.
- Die vorliegende Erfindung erlaubt es, mit einem Minimum an Verlusten zwei Leitersegmente wie etwa die oben beschriebenen vergrabenen und externen Streifen zu verbinden. Sie kann jedoch auch andere Anwendungen finden. Deshalb ist ihr Gegenstand allgemein ein optischer Leiter, wobei dieser Leiter monolithisch ist und in einer direkten Richtung der Länge nach ein hinteres Segment, ein Übergangssegment und ein vorderes Segment aufweist, wobei das Übergangssegment mit dem vorderen Segment in einer Anschlusszone verbunden ist, wobei der Leiter an jedem Punkt seiner Länge eine Breite und einen seitlichen Einschließungsfaktor aufweist, wobei diese Breite in dem hinteren Segment einen ersten Wert und in dem vorderen Segment einen zweiten Wert hat, der höher aus der erste Wert ist, wobei der Einschließungsfaktor gebildet ist durch das Verhältnis einer in dieser Breite eingeschlossenen optischen Leistung zu einer optischen Gesamtleistung, und wobei diese optischen Leistungen die eines gleichen von diesem Leiter geführten Lichtes sind, wobei dieser Faktor in dem hinteren Segment größer als in dem vorderen Segment ist, wobei der Leiter dadurch gekennzeichnet ist, dass seine Breite in dem Übergangssegment in der Nähe der Anschlusszone einen Maximalwert oberhalb des zweiten Werts erreicht.
- Zu beachten ist, dass ein Dokument D1 vor der vorliegenden Erfindung eine Anordnung zum Einspeisen von Licht beschreibt, bei der wie bei dieser Erfindung die Breite eines Leiters (rechts in Fig. 2 dieses Dokuments dargestellt) in der Nähe (und insbesondere in Kontakt) zu einem optischen System, das von dem gleichen Licht wie dieser Leiter (links in derselben Figur) durchlaufen wird, einen Wert erreicht, der größer als ein Wert ist, den die Breite dieses Systems im Kontakt mit diesem Leiter aufweist: D1: ELECTRONICS LETTERS, Bd. 30, Nr. 18, 1. September 1994, S. 1515-1516, J.-M. CHEONG ET AL.: "High alignment tolerance coupling scheme for multichannel laser diode/singlemode fibre modules using a tapered weaveguide array". Das optische System dieses Dokuments ist ein lichtkonzentrierendes System, das eine trichterförmige Außenform und eine komplizierte innere Struktur zum Kompensieren eines zufälligen Querausrichtungsfehlers zwischen dem Leiter dieser Einspeisungsanordnung und einer Laserdiode aufweist, deren Licht in diesen Leiter eingespeist werden soll. Der Wert der Breite dieses Systems in Kontakt mit dem Leiter liegt nur lokal vor und ist gleich dem Breitenwert, den dieser Leiter in Entfernung von dem System gleichmäßig aufweist.
- Für einen Punkt der Länge des Leiters, durch den eine Querebene P verläuft, in der Koordinaten x und y definiert sind, wobei die Abszisse x in der Querrichtung DX definiert ist, ist der seitliche Einschließungsfaktor (V) definiert durch die Gleichung
- wobei x&sub1; und x&sub2; die Abszissen der zwei Enden der Breite des Leiters sind, so dass W = x&sub2; - x&sub1;, und E das optische elektrische Feld des geleiteten Lichts bezeichnet.
- In bestimmten Grenzen der Breite W, die einer Einmodenleitung entspricht, nimmt dieser Faktor mit dieser Breite zu. Er nimmt auch mit der Dicke des Streifens und einer Brechungsindexabweichung zwischen dem Index des Streifens und dem Index der seitlichen Einschließung zu.
- In dem einfachen Fall, wo ein homogener Streifen einen rechteckigen Querschnitt, umgeben von einem homogenen Einschließungsmaterial, aufweist, eine Einmodenleitung gewährleistet, und seine Dicke H im Verhältnis zu seiner Breite W klein genug bleibt, beträgt dieser Faktor
- V = 2πHλ&supmin;¹(n&sub1;² - n&sub2;²)1/&sub2;W
- wobei n&sub1; und n&sub2; die Brechungsindizes des Streifens und des Einschließungsmaterials sind und λ die Wellenlänge des geleiteten Lichtes ist.
- In dem typischen Fall, wo n&sub1; und n&sub2; nahe bei einem konstanten Mittelwert nm liegen und eine Indexabweichung durch die Gleichung Δn = n&sub1; - n&sub2; definiert ist, beträgt der Einschließungsfaktor V = kHWΔn1/&sub2;, wobei k ein von den Querabmessungen unabhängiger Koeffizient ist und k = 2πλ&supmin;¹·nm1/2 beträgt.
- Das hintere Segment SL, das Übergangssegment ST und das vordere Segment SM folgen in direkter Richtung DZ aufeinander (siehe Fig. 11). Die Breite des Leiters weist in dem hinteren Segment einen ersten Wert WL und im vorderen Segment einen zweiten Wert WM auf, der größer als der erste ist. Vorzugsweise nimmt die Breite des Leiters im Übergangssegment in Durchgangsrichtung ausgehend von diesem ersten Wert bis zu einem Maximalwert WK progressiv zu, der in der Nähe der Anschlusszone erreicht wird und größer als dieser zweite Wert ist. Vorzugsweise hat der Leiter wenigstens in der Nähe einer Anschlusszone einer Symmetrie in Bezug auf eine Längsebene A.
- Genauer gesagt ist der Leiter in jedem Bereich seiner Länge gebildet durch eine Anordnung von übereinanderliegenden Schichten wie etwa CB, GL, CS in seinem durch die hinteren Segmente und die Übergangssegmente gebildeten hinteren Bereich und wie etwa CB, GM, CS, 6, 10 in seinem vorderen Segment. Diese Schichten haben jeweilige Dicken. Wenigstens eine dieser Schichten enthält einen Streifen wie etwa GL in dem hinteren Segment und RM in dem vorderen Segment. Dieser Streifen erstreckt sich in Längsrichtung des Leiters auf der Dicke dieser Schicht und weist dabei eine begrenzte Breite auf. Er weist einen Brechungsindex auf, der einen Streifenindex darstellt und ist seitlich von seitlichen Einschließungszonen wie etwa 4 in dem hinteren Segment und 14 und 16 in dem vorderen Segment umgeben. Diese Zonen weisen Brechungsindizes auf, die Einschließungsindizes darstellen. Letztere sind niedriger als der Index des Streifens. Die Breite des Streifens ist eine effektive Streifenbreite, die in einer Anordnung definiert ist, die wenigstens eine Schicht umfasst und durch die Schicht oder Schichten gebildet ist, die die Streifen enthalten. Der Leiter weist eine Einschließungskonfiguration in jeder durch einen Punkt seiner Länge verlaufenden Querebene auf. Diese Konfiguration ist die der Schichten, Streifen und Einschließungszonen mit ihren Dicken und Brechungsindizes, mit Ausnahme der Breite des Leiters. Sie ist einerseits im hinteren Bereich des Leiters und andererseits im vorderen Segment gleichförmig und ist der Art, dass der seitliche Einschließungsfaktor in dem hinteren Segment größer als in dem vorderen Segment ist. Typischerweise ist der hintere Bereich direkt mit dem vorderen Segment verbunden.
- Bei der als Beispiel angegebenen Vorrichtung ist der optische Leiter immer einmodig für ein geführtes Licht mit einer Wellenlänge von 1.550 nm. Das hintere Segment SL hat einen homogenen Kern, der durch die Schicht GL gebildet ist und den Brechungsindex n&sub1; hat. Dieser Kern ist von einer optisch homogenen Anordnung von Einschließungsmaterialien umgeben, die einen Brechungsindex n&sub2; aufweisen. Er hat eine Breite Wl und eine Dicke Hl. Diese Abmessungen sowie seine Brechungsindexabweichung ΔnL = n&sub1; - n&sub2; verleihen ihm einen Einschließungsfaktor VL.
- In dem vorderen Segment SM ist die Breite des Leiters die Breite WM des externen Streifens RM. Ein vertikaler Einschließungsfaktor ist im wesentlichen definiert durch die Dicke HM der Schicht GM und durch eine Brechungsindexabweichung zwischen dieser Schicht und den benachbarten Schichten. Der seitliche Einschließungsfaktor VM hängt im wesentlichen einerseits von der Brechungsindexabweichung
- ΔnM = n&sub2; - n&sub3;
- und andererseits von der Dicke HM dieses Streifens ab. Sie ist kleiner als VL.
- In dem Übergangssegment ST hängt der Einschließungsfaktor in Querrichtung DX im wesentlichen von der Dicke HL und der Brechungsindexabweichung ΔnL ab. Die Breite des Streifens GL in diesem Segment bildet dort die Breite des Leiters. Sie nimmt in Durchgangsrichtung z. B. linear von WL bis zu einer maximalen Breite WK zu, die größer als WM ist.
- Der Lichtverlust beim Durchgang zwischen den Segmenten SL und SM nimmt ab, wenn die Länge L des Übergangssegmentes ST wächst. Diese Länge muss jedoch begrenzt sein, um einen übermäßigen Platzbedarf der hergestellten Vorrichtung zu verhindern. Im Fall einer Halbleiterlaser-Modulatoranordnung, wie als Beispiel angegeben, scheint sie zwischen 100 und 500 um liegen zu müssen.
- Dieser Lichtverlust variiert auch in Abhängigkeit von einem Anschluss-Breitenüberschuss 2WD = WK - WM des Übergangssegments in Bezug auf das vordere Segment. Diese Variation ist in Fig. 12 dargestellt, wobei die Werte des Verlustes an der Ordinate in Dezibel aufgetragen sind und der Breitenüberschuss WD an der Abszesse in Mikrometern aufgetragen ist. Die Verlustwerte sind durch ein Computermodell für die folgenden Werte der anderen Parameter erhalten:
- WL = 2 um ΔnL = 0,04 HL = 0,2 um
- WM = 4 um ΔnM = 0,005 HM = 2 um
- L = 0,2 mm.
- Man erkennt an dieser Figur, dass der halbe Breitenüberschuss WD vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 3 um liegen muss.
- Allgemeiner ist offenbar vorzuziehen, dass dieser Überschuss zwischen 0,1 um und 30 um beträgt.
- Um die Realisierung der Vorrichtung zu vereinfachen, kann außerdem akzeptiert oder bevorzugt werden, das in der Anschlusszone, wo vom Übergangssegment zum vorderen Segment übergegangen wird, der Punkt der Breitenänderung, wo sich die Verringerung der Breite des Leiters lokalisiert, geringfügig vor oder zurück in Bezug auf den Punkt der Änderung der Einschließung verschoben ist, wo sich die Verringerung des Einschließungsfaktors lokalisiert. Diese Verringerung der Breite des Leiters kann auch progressiv sein.
- Wie im zuvor beschriebenen Fall ist der erfindungsgemäße Leiter typischerweise in einer Vorrichtung zum Verarbeiten von in diesem Leiter geleitetem Licht enthalten. Das zu verarbeitende Licht kann sich in der Längsrichtung in direkter Richtung oder in entgegengesetzter Richtung ausbreiten. In diesem Fall kann die durchgeführte Verarbeitung darin bestehen, dieses Licht zu erzeugen und zu modulieren. Allgemeiner umfasst sie die Durchführung von zwei aufeinanderfolgenden, dieses Licht betreffenden Operationen, wobei eine in dem hinteren Segment und die andere in dem vorderen Segment durchgeführt wird und der Unterschied zwischen den Einschließungskonfigurationen dieser zwei Segmente durch die Art dieser zwei Operationen notwendig gemacht ist.
Claims (8)
1. Optischer Leiter mit monolithischem Aufbau, der in einer
Durchgangsrichtung (DZ) seiner Länge ein hinteres Segment
(SL), ein Übergangssegment (ST) und ein vorderes Segment
(SM) aufweist, wobei das Übergangssegment mit dem vorderen
Segment (SM) in einer Anschlusszone verbunden ist, wobei
der Leiter an jedem Punkt seiner Länge eine Breite (W) und
einen seitlichen Einschließungsfaktor (V) aufweist, wobei
die Breite in dem hinteren Segment (SL) einen ersten Wert
(WL) und in dem vorderen Segment (SM) einen zweiten Wert
(WM) aufweist, der größer als der erste Wert ist, wobei
der Einschließungsfaktor gebildet ist durch das Verhältnis
einer in dieser Breite eingeschlossenen optischen Leistung
zu einer optischen Gesamtleistung, und wobei diese
optischen Leistungen die eines gleichen von diesem Leiter
geführten Lichtes sind, wobei dieser Faktor in dem
hinteren Segment (SL) größer als in dem vorderen Segment
(SM) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (W) des
Leiters in dem Übergangssegment in der Nähe der
Anschlusszone einen Maximalwert (WR) oberhalb des zweiten
Wertes erreicht.
2. Leiter nach Anspruch 1, bei dem die Breite (W) dieses
Leiters in dem Übergangssegment (ST) ausgehend von dem
ersten Wert bis zu dem Maximalwert (WR) progressiv
zunimmt.
3. Leiter nach Anspruch 1, der wenigstens in der Nähe der
Anschlusszone eine Symmetrie in Bezug auf eine Längsachse
(A) aufweist.
4. Leiter nach Anspruch 1, der an jedem Punkt seiner Länge
durch eine Anordnung von übereinanderliegenden Schichten
(CB, GL, CS, GM, 6, 10) mit jeweiligen Dicken gebildet
ist, wobei wenigstens eine dieser übereinanderliegenden
Schichten einen Streifen (GL, RM) enthält, der sich in
Längsrichtung des Leiters über die Dicke dieser Schicht
erstreckt und eine begrenzte Breite aufweist, wobei dieser
Streifen einen Brechungsindex aufweist, der einen
Streifenindex darstellt, dieser Streifen seitlich von
seitlichen Einschließungszonen (4, 14, 16) umgeben ist,
die Brechungsindizes aufweisen, die niedrigere
Einschließungsindizes darstellen als der Streifenindex,
wobei die Breite des Leiters eine effektive Streifenbreite
ist, die in einer Anordnung definiert ist, die wenigstens
eine Schicht umfasst und durch die Schicht oder Schichten,
die die Streifen enthalten, gebildet ist, wobei der Leiter
an diesem Punkt seiner Länge eine
Einschließungskonfiguration aufweist, wobei diese
Konfiguration die dieser Schichten, Streifen,
Einschließungszonen mit ihren Dicken und Brechungsindizes,
mit Ausnahme der Breite des Leiters, in einer durch diesen
Punkt verlaufenden Querebene ist, wobei diese
Einschließungskonfiguration einerseits in einem hinteren
Bereich, der durch die Anordnung des hinteren Segments
(SL) und vorderen Segments (SM) gebildet ist, und
andererseits in dem vorderen Segment (SM) einheitlich ist.
5. Leiter nach Anspruch 1, bei dem das Übergangssegment (ST)
direkt mit dem vorderen Segment (SM) verbunden ist.
6. Leiter nach Anspruch 1, enthalten in einer Vorrichtung zum
Durchführen, in dem hinteren Segment (SL) und in dem
vorderen Segment (SM), einer Verarbeitung eines in diesem
Leiter (G) geführten Lichts.
7. Leiter nach Anspruch 6, der in einem Halbleitersubstrat
(2) gebildet ist, wobei ein vergrabener Streifen und ein
externer Streifen jeweils das hintere (SL) und vordere
(SM) Segment dieses Leiters bilden.
8. Leiter nach Anspruch 7, bei dem das hintere Segment (SL)
und das vordere Segment (SM) jeweils einen Lasersender zum
Erzeugen eines Lichtes und einen optischen Modulator zum
Modulieren dieses Lichtes bilden.
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FR2760850B1 (fr) * | 1997-03-13 | 1999-04-16 | Alsthom Cge Alcatel | Procede de fabrication de circuits optiques integres permettant de minimiser les pertes optiques de couplage |
US5917967A (en) * | 1997-05-21 | 1999-06-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Techniques for forming optical electronic integrated circuits having interconnects in the form of semiconductor waveguides |
KR100265795B1 (ko) * | 1997-11-18 | 2000-09-15 | 윤종용 | 광도파로칩 |
GB2334789B (en) * | 1998-06-12 | 2000-01-19 | Bookham Technology Ltd | A waveguide end face |
FR2779834B1 (fr) * | 1998-06-15 | 2000-08-04 | Alsthom Cge Alcatel | Composant monolithique electro-optique multi-sections |
SE522417C2 (sv) * | 1998-10-15 | 2004-02-10 | Ericsson Telefon Ab L M | Elektro-absorptionsmodulator (EAM) samt förfarande för tillverkning av sådan modulator |
US6600764B1 (en) * | 2000-01-20 | 2003-07-29 | Trump Photonics Inc. | High power single mode semiconductor laser |
CN1877934B (zh) * | 2000-06-08 | 2011-07-27 | 日亚化学工业株式会社 | 半导体激光元件的制造方法 |
US6925101B2 (en) * | 2000-06-08 | 2005-08-02 | Nichia Corporation | Semiconductor laser device, and method of manufacturing the same |
GB2366394A (en) | 2000-08-11 | 2002-03-06 | Kymata Ltd | Integrated optical device with cladding having mesa formation |
DE60135242D1 (de) * | 2000-10-27 | 2008-09-18 | Pirelli & C Spa | Hybride planare vergrabene / steg-wellenleiter |
US6643048B2 (en) * | 2000-11-03 | 2003-11-04 | Codeon Corporation | Low-loss electrode structures using resistive connections for optical modulation applications |
US6539150B2 (en) * | 2000-12-13 | 2003-03-25 | Alcatel Optronics Uk Limited | Segmented waveguide flattening the passband of a phasar |
JP4320167B2 (ja) * | 2002-12-12 | 2009-08-26 | 忠弘 大見 | 半導体素子及びシリコン酸化窒化膜の製造方法 |
KR100596509B1 (ko) * | 2004-11-18 | 2006-07-05 | 한국전자통신연구원 | 봉우리형 도파로 집적 반도체 광소자의 제조방법 |
SE531378C8 (sv) * | 2007-06-27 | 2009-07-07 | Syntune Ab | Övergångsdel mellan två optiska vägledare |
JP2011258785A (ja) * | 2010-06-10 | 2011-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波路およびそれを用いた光半導体装置 |
JP6324645B1 (ja) * | 2016-10-27 | 2018-05-16 | 三菱電機株式会社 | 半導体光導波路及び光集積素子 |
JP2020174140A (ja) * | 2019-04-11 | 2020-10-22 | 住友電気工業株式会社 | 半導体集積光デバイス、半導体集積光デバイスを作製する方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4913506A (en) * | 1988-02-26 | 1990-04-03 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Optical modulation device |
US5078516A (en) * | 1990-11-06 | 1992-01-07 | Bell Communications Research, Inc. | Tapered rib waveguides |
DE59107727D1 (de) * | 1991-01-15 | 1996-05-30 | Siemens Ag | Anordnung zum Umwandeln einer optischen Welle kleiner Fleckweite in eine Welle grösserer Fleckweite |
EP0532816B1 (de) * | 1991-09-19 | 1995-08-09 | International Business Machines Corporation | Selbstjustierender optischer Wellenleiter-Laser, Struktur und dessen Herstellungsverfahren |
US5515464A (en) * | 1992-07-06 | 1996-05-07 | Sheem Sang K | Optical fiber interconnections using self-aligned core-extensions |
US5323476A (en) * | 1992-08-14 | 1994-06-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for increasing the cross section of optical waves |
JP2982619B2 (ja) * | 1994-06-29 | 1999-11-29 | 日本電気株式会社 | 半導体光導波路集積型受光素子 |
-
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