ES2246392T3 - Montaje de aparato optico en un disipador de calor. - Google Patents

Montaje de aparato optico en un disipador de calor.

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ES2246392T3 ES02716152T ES02716152T ES2246392T3 ES 2246392 T3 ES2246392 T3 ES 2246392T3 ES 02716152 T ES02716152 T ES 02716152T ES 02716152 T ES02716152 T ES 02716152T ES 2246392 T3 ES2246392 T3 ES 2246392T3
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Abstract

Un aparato ópticamente activo que comprende: un cuerpo (12) que tiene una zona activa (14) y una primera zona ópticamente pasiva (22) que se extiende desde un extremo de la zona activa, disponiendo la primera zona ópticamente pasiva (22) de un extremo interior (18) adyacente a la zona activa y de un extremo exterior que define una primera faceta (26) del aparato; y un disipador (28) que se encuentra térmicamente asociado al cuerpo (12) y que co-existe con, por lo menos, parte de la zona activa (14) y con solamente una parte de la primera zona ópticamente pasiva de tal manera que la primera faceta del aparato está suspendida en el disipador.

Description

Montaje de aparato óptico en un disipador de calor.
Ámbito de la invención
La presente invención se refiere a aparatos ópticos y especialmente, aunque no exclusivamente, a la instalación o montaje de dispositivos semiconductores óptimamente activos o de aparatos opto electrónicos tales como laceres, moduladores, amplificadores, estructuras de conmutación o similares.
Antecedentes de la invención
En los aparatos semiconductores que contienen una zona activa, la corriente que pasa a través de la misma ocasiona un calentamiento a causa de una recombinación no radiactiva y, para disipar el calor, los aparatos suelen ir acoplados o unidos a un disipador de calor, dispositivo que dispone de unas ventanas pasivas que se dan a conocer en la patente US-A-5 680 412. Normalmente, los aparatos funcionan con el lado de unión en la parte inferior para mejorar la refrigeración mediante la colocación de la zona activa junto al termo disipador. Para facilitar el acoplamiento al aparato, los extremos (facetas) del aparato están suspendidos en el disipador; pero esta disposición presenta el inconveniente de que se desarrolla calor en las facetas como consecuencia de la falta de vías conductoras dando lugar a un aumento de la absorción en las facetas que se traduce en una reducción del rendimiento y Daños Irreparables en los Espejos Ópticos(COMD) y, a la inversa, si el disipador se fabrica más largo que el aparato, el borde del mismo puede interrumpir parte de la luz emitida y, si como suele suceder, se emplea soldador para unir el aparato al disipador, se forman "bolas" en el extremo de salida del aparato con lo que se obstruye la luz emitida.
En un modelo anterior, para evitar estos inconvenientes, se emplea un dispositivo que se coloca en la zona activa en ángulo agudo con los costados del disipador. El dispositivo se sitúa en el disipador cuya longitud es efectivamente igual a la longitud activa del aparato y esta disposición reduce la disipación de calor en las facetas. Pero, desgraciadamente, esta disposición exige elevadas tolerancias de fabricación limitando el acoplamiento a otros componentes ópticos tales como fibras ópticas y no puede utilizarse en aparatos con dos o más zonas activas dispuestas en paralelo.
Una de las finalidades de uno de los modelos de la presente invención es la de proporcionar un dispositivo semiconductor óptimamente activo que evite o mitigue uno o varios de los inconvenientes mencionados.
Resumen de la invención
Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato óptimamente activo que comprende:
un cuerpo con una zona activa y una primera zona óptimamente pasiva que se extiende desde uno de los extremos de la zona activa, disponiendo la primera zona óptimamente pasiva de un extremo interior adyacente a la zona activa y de un extremo exterior que define una primera faceta del dispositivo, así como
Un termo disipador asociado térmicamente al cuerpo del dispositivo, disipador que coexiste con, por lo menos, una parte de la zona activa y con solamente una parte de la primera zona óptimamente pasiva de tal manera que la primera faceta del aparato queda suspendida en el disipador.
La zona activa puede contener una zona óptica y eléctricamente activa (discrecional. En su forma preferente, el aparato óptimamente activo es un semiconductor, preferentemente fabricado de materiales semiconductores III-V tales como el arseniuro de galio (GaAs) para funcionar esencialmente en una escala de longitud de onda de 600 a 1300 nm o el fosfuro índico (InP) que funciona esencialmente en una escala de longitud de onda de 1200 a 1700 nm. Así, por ejemplo, el material puede ser AlGaAs o InGaAsP.
El cuerpo del aparato puede elegirse de un láser como por ejemplo, de un diodo de láser o un modulador óptico, un amplificador óptico, un conmutador óptico o un aparato similar.
Preferentemente, una de las zonas ópticamente pasivas se encuentra en la salida del cuerpo del aparato ópticamente activo.
Un aparato ópticamente activo con un dispositivo láser semiconductor según la presente invención, puede contar con una zona ópticamente pasiva que se prolonga más allá de un extremo/borde o costado del disipador, mientras que un amplificador óptico según la presente invención puede contar con dos zonas ópticamente pasivas cada una de las cuales se prolonga más allá del extremo de salida/borde/costados opuestos del disipador.
Preferentemente, el aparato semiconductor suele ser de construcción monolítica y, también preferentemente, puede configurarse o conformarse de otra manera sobre un sustrato. Más preferentemente, el dispositivo semiconductor contiene una capa de núcleo activo emparedada entre una capa limitadora portadora de carga / de revestimiento óptico inferior y una segunda capa (o superior) portadora de carga de revestimiento óptico. Debe tenerse en cuenta que los términos "superior" e "inferior" se utilizan aquí como punto de referencia y no presuponen una disposición preferida de las capas. Ciertamente, cuando se utilice el dispositivo puede adoptar una posición inver-
tida.
El aparato semiconductor puede contar con una arista (o reborde) por lo menos en la segunda capa de revestimiento, que actúa cuando se utiliza, como guía-ondas óptico para delimitar lateralmente un modo óptico en el aparato semiconductor.
Preferentemente, el núcleo activo puede contener un material lasérico que puede contener o incluir un manantial cuántico (QW) configurado como zona ópticamente activa delimitada por el reborde.
Por lo menos una zona ópticamente pasiva puede prolongarse lateralmente como la zona ópticamente activa.
Preferentemente, la zona o zonas ópticamente activas puede contener un primer material estructuralmente desordenado en el seno de la capa de núcleo.
En una modificación, la zona ópticamente activa puede estar lateralmente acoplada a zonas laterales que contienen un material estructuralmente desordenado en el núcleo.
Ventajosamente, los materiales laséricos estructuralmente primero y segundo son esencialmente los mismos y preferentemente, los materiales estructuralmente desordenados pueden estar formados por el procedimiento del Intermezclado de Manantiales Cuánticos (QWI) mediante el cual pueden difuminarse los límites de los manantiales cuánticos dentro de la capa de núcleo activo.
Más preferentemente, el QWI suele estar esencialmente libre de impurezas. Las zonas QWI pueden estar "desplazadas"; es decir, normalmente, de 20 a 30 meV, por lo menos, y, normalmente, existe una diferencia dueños 100 meV o más entre los intersticios de banda de la zona ópticamente activa bombeada con corriente, y la zona o zonas ópticamente pasivas QWI. Estas últimas pueden tener una energía intersticio-banda superior y, por consiguiente, una absorción inferior que la zona ópticamente activa.
En consecuencia, cuando la zona ópticamente activa es excitada eléctricamente, la zona o zonas pasivas limitan la disipación de calor en los extremos del cuerpo del aparato y la disipación reducida de calor permite que los extremos se sitúen sobre los extremos del disipador, es decir, queden suspendidos sobre el disipador. Esto hace que un haz óptico de entrada o de salida del aparato quede libre de obstrucciones y permita un libre acceso al haz de entrada / salida de los extremos de la estructura para acoplarse a otros aparatos ópticos o desde los mismos, como por ej. cables de fibra óptica.
Generalmente, las zonas pasivas suelen tener una longitud de 10 a 100 um.
Preferentemente, el aparato contiene capas respectivas de material de contacto eléctrico por lo menos en una parte de una superficie superior de la segunda capa y un segunda capa de revestimiento y una superficie (inferior) de la primera capa de revestimiento o, más probablemente, una superficie inferior del sustrato. Uno de los materiales de contacto puede estar previsto en la superficie superior del reborde.
Preferentemente, el disipador está fabricado de material de elevada conductividad térmica como, por ej., parcialmente de cobre, diamante, silicio, nitruro de aluminio u otros parecidos.
También preferentemente, el disipador se sitúa contra uno de los materiales de contacto con un contacto de soldadura o su equivalente térmico.
Preferentemente, la segunda capa de revestimiento se orienta más cercana al disipador que la primera capa de revestimiento. Esta configuración se denomina "junction side-down"(unión lateral inferior) y situando la zona activa lo más cerca posible del disipador se consigue una configuración de refrigeración perfeccionada.
Según un segundo aspecto de la presente invención, se facilita un procedimiento para la conformación de un aparato ópticamente activo que comprende las fases de:
a) fabricación del cuerpo del aparato que disponga de una zona activa y de una zona ópticamente pasiva, siempre que en uno o más extremos de la zona activa, se disponga de una zona ópticamente pasiva común extremo interior adyacente a la zona activa y con un extremo exterior que defina una primera faceta del aparato, y
b) disposición de un disipador y del cuerpo del aparato en asociación térmica de tal manera que el extremo interior de, por lo menos, una zona ópticamente pasiva quede dentro del área del disipador y el extremo exterior de, por lo menos una zona ópticamente pasiva, se sitúe en la zona del disipador, coextendiéndose éste con, por lo menos, una parte de la zona activa y con solamente una parte de la primera zona ópticamente pasiva, de tal manera que la primera faceta del aparato quede suspendido del disipador.
Preferentemente, la fase a) comprende:
(i) la configuración por orden:
una primera capa óptica delimitadora / portadora de carga; una capa ópticamente activa en la que discrecionalmente se forma una estructura de manantial cuántico (QW), y una segunda capa óptica delimitadora de revestimiento/portadora de carga;
(ii) la conformación de cada zona ópticamente pasiva en la capa activa; y
(iii) la conformación de una arista en, por lo menos, una parte de la segunda capa de revestimiento para delimitar la zona activa y, por lo menos, una zona ópticamente pasiva.
La fase (i) puede desarrollarse por los procedimientos conocidos tales como la Epitaxia de Haz Molecular (MBE) o la Deposición de Vapor Químico Órgano-metálico (MOCVD).
Preferentemente, en la fase (ii) la zona o zonas pasivas pueden formarse por el procedimiento de Intermezclado de Manantial Cuántico (QWI) que, generalmente, comprende la generación de lagunas reticulares en las zonas pasivas o, alternativamente, la implantación o difusión de iones en las zonas pasivas y, además, el recocido para crear zonas estructuralmente desordenadas de la capa ópticamente activa (que puede contener un material lasérico), con un intersticio de banda mayor que la estructura del Manantial Cuántico. En consecuencia, las zonas pasivas pueden constituirse mediante el Intermezclado de Manantial cuántico (QWI).
Preferentemente, la fase (iii) puede desarrollarse por los procedimientos conocidos de mordentado, por ej. mordentado seco o húmedo.
Preferentemente, el disipador puede fijarse a una superficie adyacente a la segunda capa de revestimiento. En esta disposición, el disipador puede fijarse a una superficie superior de la arista mediante una configuración "junction side-down".
Preferentemente, la primera capa de revestimiento puede constituirse sobre un sustrato o, cuando se modifica el disipador, sobre una superficie del sustrato.
Preferentemente, la fase (ii) puede efectuarse generando lagunas reticularesexentas de impurezas y, más convenientemente, utilizando un procedimiento de daños inducidos para conseguir el Intermezclado de Manantial Cuántico. En una forma preferente de dicho procedimiento, este puede incluir las fases de:
depositado mediante el empleo de un desintegrador de diodo y, dentro de una atmósfera esencialmente de argón, de una capa dieléctrica tal como sílice (SiO2) sobre, por lo menos, una parte de una superficie del material de láser semiconductor para introducir defectos estructurales concretos por lo menos en una parte del material adyacente a la capa dieléctrica;
depositado discrecional mediante un procedimiento no desintegrador tal como el Depositado de Vapor Químico Mejorado con Plasma (PECVD) de otra capa dieléctrica sobre, por lo menos, otra parte de la superficie del material; y
recocido del material transfiriendo galio del material a la capa dieléctrica. Dicho procedimiento se describe en la solicitud co-pendiente titulada "Método de Fabricación de Aparatos Ópticos y Mejoras Correspondientes", también del presente solicitante y con la misma fecha de presentación que la solicitud actual, cuyo contenido se incluye como referencia en el presente documento.
Preferentemente, el método puede incluir la fase de aplicación de las capas primera y segunda de contacto eléctrico sobre un superficie de la primera capa de revestimiento o, todavía mejor, sobre una superficie exterior del sustrato y sobre una superficie exterior de la arista. Más convenientemente, la segunda capa de contacto eléctrico puede establecerse sobre una parte de la arista dentro del área de la zona ópticamente activa.
En otro modelo de la presente invención, la fase (ii) puede comprender las fases de elegir primero un área primera y formar en la misma un primer material estructuralmente desordenado y constituir un segundo material estructuralmente desordenado. Los materiales primer y segundo estructuralmente desordenados, pueden proporcionar respectivamente las zonas pasivas primera y segunda en los extremos primero y segundo del cuerpo del aparato.
En una modificación, el método puede incluir, preferentemente en la fase (ii), la formación de zonas de material estructuralmente desordenado limitando lateralmente con la zona activa. Esto puede coadyuvar a que la arista delimite los modos ópticos del aparato.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describen modelos de la presente invención, únicamente a título de ejemplo y haciendo referencia a los dibujos acompañantes, en donde:
La fig.1 es un alineación de una vista en sección transversal de un aparato ópticamente activo según el primer modelo de la presente invención; la fig.2 es una vista en sección transversal a través de la línea X-X' del aparato ópticamente activo de la fig.1, y la fig.3 es una vista en sección transversal de un aparato ópticamente activo según un segundo modelo de la presente invención.
Descripción detallada de los dibujos
En las fig. 1 y 2 se representa un aparato ópticamente activo, generalmente designado por 10, según un primer modelo de la presente invención. Este aparato 10 contiene un cuerpo 12 que en este caso está fabricado de material semiconductor y que define una zona ópticamente activa o de amplificación óptica 14 que está acoplada a los extremos interiores 16,18 mediante las zonas ópticamente pasivas 20,22, respectivamente. Los extremos exteriores 24,26 de las zonas pasivas 20,22 definen los extremos o facetas 24,26 del aparato 10.
El disipador 28 está asociado térmicamente al cuerpo 12 y está dispuesto de manera que los extremos interiores 16,18 de las zonas pasivas 20,22 en los extremos 16,18 de la zona de amplificación 14, se encuentran dentro del área o prolongación "A" dl disipador 28, mientras que los extremos exteriores 24,26 se encuentran fuera (al exterior) del área 28 según la orientación de la fig.1.
Esta disposición proporciona las zonas pasivas 20,22 "suspendidas" del disipador 28 y puede utilizarse en un aparato ópticamente activo 10 tal como un amplificador que debe tener acceso en los extremos de entrada y salida del aparato. De esta manera, las zonas pasivas 20,22 pueden considerarse como guía-ondas de entrada / salida del aparato 10 que se extienden más allá de los extremos opuestos 24,26 de una zona ópticamente activa del aparato 10.
Según puede verse en la fig.2, que muestra al aparato 10 de la fig.1 en sección transversal a lo largo de la línea X-X, el aparato 10a es monolítico y está cimentado sobre un sustrato 30. El cuerpo 12 es una estructura estratiforme que contiene el sustrato 30 sobre el que se sustenta por procedimientos conocidos tales como la Epitaxia del Haz Molecular (MBE) o la Deposición de Vapor Órgano químico Molecular (MOCVD), una primera capa delimitadora portadora de carga /revestimiento óptico 36 y una capa de guía activa 32, como por ejemplo, de material lasérico semiconductor y una segunda capa delimitadora portacargas/revestimiento 34, así como la capa satisfactoria de contacto semiconductor 40.
El cuerpo 12 incluye un guía-ondas 38 formado en la segunda capa de revestimiento 34 por medio de técnicas de mordentado adecuadas. La arista 34 delimita un haz óptico dentro de la zona ópticamente activa 14 y de las zonas ópticamente pasivas 20,22 (no mostradas). Esta arista 38 se extiende entre los extremos 24,26 del aparato 10,10a.
Sobre la superficie frontal exterior de la arista 38 y debajo del sustrato 30 están situadas las respectivas capas eléctricas de contacto 41,42 que se utilizan para accionar eléctricamente el aparato 10.
En una forma preferente de este modelo, la capa activa 32 contiene una estructura de Manantial Cuántico 54 alojada en la capa activa 32 y, mediante la delimitación de la arista 38, la zona de amplificación 14 se sitúa sobre la capa activa 32.
En una modificación de esta disposición, la zona de amplificación 14 está lateralmente delimitada por las zonas 50,52 de Entremezclado del Manantial Cuántico (QWI) que coadyuvan a delimitar el haz óptico en el interior de la estructura del Manantial Cuántico de la zona de amplificación 14.
Volviendo a la fig.1, las zonas pasivas 20,22 de la capa activa 32 contienen zonas Intremezcladas de Manantial Cuántico que suministran una elevada energía intersticio-banda y, por consiguiente, una menos absorción que la estructura de Manantial Cuántico de la zona de amplificación 14 dentro de la capa activa 32. Esto, tiene la ventaja de que cuando la zona activa 14 se bombea con disipación de calor por corriente, los extremos 16,18 de la zona activa 14 son abastecidos con contacto térmico en un sector del disipador 28, proporcionando refrigeración al aparato 10, mientras que las zonas pasivas 20,22 penden en el disipador 28, disipando menos calor. Los extremos 24,26 de las zonas pasivas 20,22 están libres de cualquier obstrucción en el disipador 28, proporcionando libre acceso a los extremos 24,26 del aparato 10 para acoplamiento de entrada / salida, como, por ej. a otros aparatos ópticos. Como puede verse en la fig., el aparato 10 está dispuesto en configuración de "junction side-down", de forma tal que es posible que la zona de amplificación 14 se sitúe cerca del disipador 28. Debe tenerse en cuenta que durante el servicio, el disipador 28 debe estar en la parte más inferior y el cuerpo 12 (invertido) en la parte más elevada.
En el aparato 10,la distancia entre el disipador 28 y la zona de amplificación 14 es probablemente del orden de 5 um.
El disipador 28 deberá elegirse de un material que tenga buenas características térmicas. En este modelo, el disipador 28 está construido esencialmente de cobre, si bien también puede resultar apropiado cualquier otro material como diamante, silicio y nitruro de aluminio. El disipador 28 se suelda o se fija de cualquier otra manera al contacto 41. Las zonas entramezcladas de QW son las zonas pasivas 20,22 de la capa activa 32 representada en las figuras 1 y 2. La arista 38 se configura sobre la zona de amplificación 14 y sobre las zonas pasivas 20,27.
En relación nuevamente con la fig.2, se describe ahora un procedimiento para fabricar un aparato ópticamente activo 10 según un modelo de la presente invención fabricado por el sistema de materiales semiconductores III-V, tal como el GaAs o en InP.
El procedimiento se inicia facilitando la capa de sustrato 30, el cual es, en este caso, arseniuro de galio (GaAs) del tipo "n" considerablemente impurificado. Sobre la capa de sustrato 30 se sitúa la primera capa de revestimiento 36 que contiene arseniuro de galio aluminio (AlGaAs) y es de un tipo "n" impurificado hasta la primera concentración. Esta primera capa de revestimiento 36 tiene, por ejemplo, un poder refractivo de 3.0 a 3.5 y suele tener un espesor de 1 a 3 um. Sobre la primera capa de revestimiento 36 se asienta la capa semiconductora ópticamente activa 32, la cual contiene también AlGaAs y es esencialmente intrínseca. Esta capa activa 32 tiene, por ej. un índice de refracción de 3.0 a 3.5 y suele fabricarse para tener un grosor de unos cientos de nm. Dentro de la capa activa 3, se sitúa una estructura de Manantial Cuántico (QW) 54 que normalmente suele ir alojada en el centro de la capa 32.
Sobre la capa activa 32 se asienta la segunda capa de revestimiento 34, la cual es del tipo "p" con una concentración similar de impurezas hasta la primera concentración. Esta segunda capa 34 está fabricada de AlGaAs con un espesor, composición e índice refractivo similares a lo de la primera capa de revestimiento 36. De este manera, la estructura de Manantial Cuántico (QW) 54 queda emparedada entre las capas tipo "n" y tipo "p" primera y segunda de revestimiento 36 y 34, respectivamente. La capa activa tiene un contenido en aluminio (Al) inferior a las capas de revestimiento 34,36 y posee un índice refractivo superior al de las capas de revestimiento 36,34.
A continuación, se coloca una máscara selectiva QWI (no mostrada), por lo menos, en una parte del aparato 10 en donde la arista 38 esté bien definida; pero dejando sin cubrir otras partes coincidentes con las zonas pasivas 20,22 a constituir. El procedimiento preferentemente utilizado para crear el Entremezclado de Manantial Cuántico (QWI) dentro de la estructura del Manantial Cuántico es un procedimiento inducido por daños que emplea lagunas reticulares. Sin embargo, se comprende que dentro de esta invención puede utilizarse cualquier otro procedimiento de Entremezclado de Manantial Cuántico con el que se consiga una diferencia en la energía de intersticio-banda entre la estructura del Manantial Cuántico 54 y las zonas pasivas entremezcladas de QW 20,22. El procedimiento inducido por daños requiere depositar, mediante un desintegrador de diodo y dentro de una atmósfera esencialmente de argón, una capa dieléctrica tal como sílice (SiO2), por lo menos en una parte de la superficie del material del aparato lasérico semiconductor de manera que se apliquen los defectos estructurales, por lo menos, en una parte del material adyacente a la capa dieléctrica;
depositando opcionalmente, por un procedimiento no desintegrador tal como el de Deposición de Vapor Químico Mejorado con Plasma (PECVD) otra capa dieléctrica en, por lo menos, otra parte de la superficie del material;
recociendo el material mediante la transferencia de galio del material a la capa dieléctrica.
Una vez que el cuerpo 12 del aparato ha sido recocido, secciones de la segunda capa de revestimiento 34, sobre la que se definirá cualquiera de los lados de la arista 38, se eliminarán por procedimientos conocidos de mordentado después de haber colocado una máscara de mordentado adecuada sobre un área definida por la arista 38.
Según puede verse en la fig.2, al constituir el cuerpo 12, puede formarse una capa final 40 sobre la segunda capa de revestimiento 34, siendo la capa final 40 una capa de GaAs tipo "p" muy impurificada. Esta capa final 40 actúa como el contacto superior del cuerpo del aparato 12.
La metalización por contacto 41,42 se forma por procedimientos litográficos conocidos sobre el reborde 38 y sobre el sustrato 30, respectivamente, con el fin de permitir el accionamiento eléctrico del cuerpo del aparato 12. Finalmente, el cuerpo 12 se fija al disipador 28.
Así, pues, el cuerpo 12 representado en la sección transversal de la fig.2 es un aparato semiconductor activo monolítico. La zona activa 14 del aparato 10 se encuentra dentro de la capa activa 32 y está delimitada en la estructura del Manantial Cuántico por la arista 38 anterior.
En la fig.3 se representa un aparato ópticamente activo, generalmente designado por 10a, según el segundo modelo de la presente invención. Este aparato 10a presenta similitudes con el aparato semiconductor 10 del primer modelo y, consecuentemente, las partes iguales llevan la misma nomenclatura; pero con el sufijo "a".
El aparato 10a contiene un cuerpo 12 que tiene una zona activa 14a unida por un extremo 18a una zona ópticamente pasiva 22a, que tiene un primer extremo 25a. Otro extremo 16a de la zona de amplificación 14a y el segundo extremo 26a de la zona pasiva 22a, definen los extremos del aparato 10a.
El disipador 28a está asociado térmicamente al cuerpo 12 y está dispuesto de forma tal que los extremos 16a,18a de la zona de amplificación 14a están situados en el área A del disipador 28a mientras que el segundo extremo 26a de la zona pasiva 22a está situado fuera (al exterior) del área A del disipador
28a.
Este modelo dispone de una zona pasiva 22a "suspendida" en el disipador 28a. Esta disposición puede emplearse en un aparato ópticamente activo tal como una diodo de láser semiconductor en el que la salida del aparato 10a se encuentra en el extremo 26a.
La construcción por capas del aparato 10a se ha descrito ya para el primer modelo haciendo referencia a las figs. 1 y 2. La zona pasiva 26 es una zona Entremezclada de Manantial Cuántico (QWI) que proporciona una elevada energía de intersticio-banda y, por consiguiente, una menor absorción que la estructura QW de la zona de amplificación 14a.
Esta disposición tiene la ventaja de que los extremos 16a,18a de la zona de amplificación 14a disponen de un buen contacto térmico con el disipador 28a, proporcionándose un acceso despejado en el extremo de salida 26a del aparato 10a, por ej. para el acoplamiento de salida a una fibra o a otro aparato.
El aparato 10a puede fabricarse por un procedimiento similar o igual al que se ha descrito ya para el aparato 10.
El personal perito en la materia comprenderá que pueden introducirse modificaciones en los modelos descritos sin alejarse del alcance de la invención.
Igualmente comprenderá que una ventaja principal de la presente invención es la de que, al contar con zonas pasivas en los extremos del aparato óptico suspendido en un disipador, se mitigan los problemas asociados al calentamiento de las facetas del aparato toda vez que las zonas no son activas. Otra ventaja principal de la presente invención es la de que el acoplamiento al aparato se facilita por los guía-ondas / zonas pasivas sobresalientes que garantizan que los haces de salida / entrada no resultan obstaculizados o afectados por el disipador.
También se comprenderá que en una modificación puede utilizarse un guía-ondas de heteroestructura enterrada en vez de un guía-ondas de reborde. Por otra parte, también pueden utilizarse otros guía-ondas tales como los de Gran Cavidad Óptica (L0C), Guía-ondas Óptico Reflectante Antiresonante (ARROW), guía-ondas Óptico Amplio (W0W) u otros similares.

Claims (34)

1. Un aparato ópticamente activo que comprende:
un cuerpo (12) que tiene una zona activa (14) y una primera zona ópticamente pasiva (22) que se extiende desde un extremo de la zona activa, disponiendo la primera zona ópticamente pasiva (22) de un extremo interior (18) adyacente a la zona activa y de un extremo exterior que define una primera faceta (26) del aparato; y
un disipador (28) que se encuentra térmicamente asociado al cuerpo (12) y que coexiste con, por lo menos, parte de la zona activa (14) y con solamente una parte de la primera zona ópticamente pasiva de tal manera que la primera faceta del aparato está suspendida en el disipador.
2. Un aparato ópticamente activo tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el que la zona activa (14) contiene una zona óptica y eléctricamente activa.
3. Un aparato ópticamente activo según se reclama en las reivindicaciones 1 o 2, en el que el aparato ópticamente activo es un dispositivo semiconductor fabricado por el sistema de materiales semiconductores III-V.
4. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en la reivindicación 3, en el que el sistema de materiales semiconductores III-V se ha seleccionado a partir de un sistema III-V basado en arseniuro de galio que funciona esencialmente en una escala de longitud de onda de 600 a 1300 um y en un sistema basado en fosfuro de indio (InP) que funciona esencialmente en una escala de longitud de onda de 1200 a 1700 nm.
5. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el cuerpo del aparato se ha seleccionado a partir de un aparato láser, de un modulador óptico, de un amplificador óptico o de un conmutador óptico.
6. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en una de las reivindicaciones precedentes que incluye una segunda zona ópticamente pasiva (20) que se extiende desde un extremo opuesto de la zona activa (14) y que dispone de un extremo interior (16) adyacente a la zona activa y de un extremo exterior (24) que define una segunda faceta del aparato, coexistiendo el disipador (28) con solamente una parte de la segunda zona ópticamente pasiva (20) de tal manera que la segunda faceta segunda faceta está suspendida en el disipador.
7. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en la reivindicación 6, en el que la segunda zona ópticamente pasiva (20) define una faceta de entrada del aparato.
8. Un aparato ópticamente activo según la reivindicación 7, en el que el mismo es un amplificador óptico en el que el aparato semiconductor es una construcción monolítica sustentada sobre un sustrato.
9. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en las reivindicaciones 3 a 8 en el que el aparato semiconductor es de una construcción monolítica sustentada sobre un sustrato.
10. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en una de las reivindicaciones 3 a 9, en el que el aparato semiconductor contiene un núcleo activo emparedado entre una primera capa de revestimiento óptica y una segunda capa de revestimiento óptico.
11. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en la reivindicación 10, en el que el dispositivo semiconductor dispone de una arista formada, por lo menos, en la segunda capa de revestimiento que sirve de guía-ondas óptica para delimitar lateralmente un sistema óptico del aparato semiconductor.
12. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en la reivindicación 11, en el que el núcleo activo contiene un material lasérico que contiene o incluye una estructura de manantial cuántico (QW), configurada como zona ópticamente activa la cual está delimitada por la arista.
13. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en una de las reivindicaciones precedentes, en el que, por lo menos una zona ópticamente pasiva (20,22) se extiende lateralmente con la misma amplitud que la zona ópticamente activa (14).
14. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en una de las reivindicaciones 10 a 13, en el que la zona o zonas ópticamente pasivas (20,22) contiene un material estructuralmente desordenado en el seno del núcleo.
15. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en la reivindicación 14, en el que la zona ópticamente activa (14) está lateralmente delimitada por unas zonas laterales que contienen un segundo material estructuralmente desordenado en el seno del núcleo.
16. Un aparato ópticamente activo, según se reivindica en la reivindicación 15, en el que los materiales primero y segundo estructuralmente desordenados son esencialmente los mismos.
17. Un aparato ópticamente activo, según se reivindica en una de las reivindicaciones 14 a 16, en el que el primer material estructuralmente desordenado está constituido por el procedimiento del Entremezclado de Manantial Cuántico (QWI).
18.Un aparato ópticamente activo según se reivindica en una reivindicación precedente, en el que la zona o zonas pasivas (20,22) tienen una longitud de 10 a 100 um.
19. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en una de las reivindicaciones 10 a 18, en el que el mismo contiene también capas respectivas de material de contacto eléctrico que hacen contacto, por lo menos, con una parte de una superficie superior de la segunda capa de revestimiento y con una superficie oponente del sustrato.
20. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en la reivindicación 19, en el que uno de los materiales del sustrato se asienta sobre una superficie de la arista.
21. Un aparato ópticamente activo, según se reivindica en una reivindicación precedente, en el que el disipador (28) está fabricado de material de elevada conductividad térmica.
22. Un aparato ópticamente activo según se reivindica en la reivindicación 21, en el que el material de elevada conductividad contiene algo de cobre, diamante silicio o nitruro de aluminio.
23. Un aparato ópticamente activo, según una de las reivindicaciones 19 a 22, en el que el disipador (28) se apoya en uno de los materiales de contacto mediante un contacto soldador.
24. Un aparato ópticamente activo, según se reivindica en una de las reivindicaciones 10 a 23, en el que la segunda capa de revestimiento está orientada más próxima al disipador (28) que la primera capa de revestimiento.
25. Un procedimiento de conformación de un aparato ópticamente activo que comprende las fases de:
a) fabricación de un cuerpo del aparato (12) que tiene una zona activa (14) y una zona ópticamente pasiva (20,22) dotada en uno más extremos de la zona activa (14), por lo menos, de una zona ópticamente pasiva que cuenta con
un extremo interior (16,18) adyacente a la zona activa y con un extremo exterior (24,26) que define una primera faceta del aparato, y
b) ubicación de un disipador (28) y del cuerpo del aparato (12) en asociación térmica de tal manera que el extremo interior (16,18) de, por lo menos, una zona ópticamente pasiva se encuentre dentro de un área del disipador y el extremo exterior (24,26) de, por lo menos, una zona ópticamente pasiva (20,22) esté situada fuera del área del disipador, coexistiendo éste, por lo menos, con una parte de la zona activa y solamente con una parte de la primera zona ópticamente pasiva, de tal manera que la primera faceta del aparato quede suspendida del disipador.
26. Un procedimiento de conformación de un aparato ópticamente activo según se reivindica en la reivindicación 25 en el que la fase a) comprende:
I)
la conformación por orden de:
una primera capa de revestimiento óptica/portadora de carga; una capa ópticamente activa en la que se forma opcionalmente una estructura de Manantial Cuántico (QW),y
una segunda capa óptica delimitadora de revestimiento/portadora de carga;
II)
la conformación de cada zona ópticamente pasiva en la capa activa, y
III)
la conformación de una arista en, por lo menos, una parte de la segunda capa de revestimiento para delimitar la zona activa y, por lo menos, una de las zonas ópticamente pasivas.
27. Un procedimiento de conformación de un aparato ópticamente activo según se reivindica en la reivindicación 26, en el que la fase (I) se lleva a cabo con una técnica desarrollada a partir de la Epitaxia de Haz Molecular (MBE) y de la Deposición de Vapor Químico Órgano metálico (MOCVD).
28. Un procedimiento de conformación de un aparato ópticamente activo según se reivindica en una de las reivindicaciones 26 o 27, en el que, en la fase (II), las zonas pasivas está formadas por una técnica de Entremezclado de Manantial Cuántico (QWI) que comprende la generación de lagunas reticulares en las zonas pasivas y la prosecución del recocido para crear zonas estructuralmente desordenadas de la capa activa con un intersticio-banda mayor que la estructura del manantial cuántico creada.
29. Un procedimiento de conformación de un aparato ópticamente activo, según se reivindica en una de las reivindicaciones 26 a 28, en el que la fase (III) se consigue mediante mordentado.
30. Un procedimiento de conformación de un aparato ópticamente activo según se reivindica en una de las reivindicaciones 26 a 29, en el que el disipador se fija a una superficie adyacente a la segunda capa de revestimiento.
31. Un procedimiento de conformación de un aparato ópticamente activo según se reivindica en una de las reivindicaciones 26 a 30, en el que la fase (II) del mismo incluye las fases de:
depositar mediante el empleo de un desintegrador de diodo y en una atmósfera sustancialmente de argón, una capa, por ejemplo, de sílice (siO2) en, por lo menos, una parte de la superficie del material semiconductor del aparato de láser con el fin de introducir defectos estructurales en una parte del material adyacente a la capa dieléctrica;
depositar discrecionalmente por el procedimiento no desintegrador tal como la Deposición de Vapor Químico Mejorado con Plasma (PECVD) otra capa dieléctrica en, por lo menos, otra parte de la superficie del material y recocer el material para transferir iones o átomos del material a la capa dieléctrica.
32. Un procedimiento para configurar un aparato ópticamente activo según una de las reivindicaciones 26 a 31, en el que se incluye la fase de aplicación de una primera capa de contacto eléctrico sobre una superficie del sustrato y de una segunda capa de contacto eléctrico sobre la superficie opuesta de la arista.
33. Un procedimiento para configurar un aparato ópticamente activo según se reivindica en una de las reivindicaciones 26 a 32, en el que la fase (ii) comprende las fases de elegir primero una primer área y conformar en la misma un primer material estructuralmente desordenado y seleccionar después una segunda área y configurar en la misma un segundo material estructuralmente desordenado, proporcionando los materiales estructuralmente desordenados primero y segundo, respectivamente, las zonas pasivas primera y segunda en los extremos primero y segundo del cuerpo del aparato.
34. Un procedimiento para configurar un aparato ópticamente activo según se reivindica en una de las reivindicaciones 25 a 33, que incluye la formación de zonas de material estructuralmente desordenadas que limitan lateralmente con la zona activa.
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