FI120777B - Fast saturating semiconductor attenuator and method of manufacturing the same - Google Patents
Fast saturating semiconductor attenuator and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- FI120777B FI120777B FI20055559A FI20055559A FI120777B FI 120777 B FI120777 B FI 120777B FI 20055559 A FI20055559 A FI 20055559A FI 20055559 A FI20055559 A FI 20055559A FI 120777 B FI120777 B FI 120777B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- absorption region
- compound
- semiconductor
- laser
- center
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 42
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 8
- 238000009738 saturating Methods 0.000 title description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 10
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000009021 linear effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 2
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 8
- -1 InP compound Chemical class 0.000 claims 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims 2
- 241001657674 Neon Species 0.000 claims 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 25
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 16
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 16
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 4
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004871 chemical beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3523—Non-linear absorption changing by light, e.g. bleaching
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
Nopea saturoituva puolijohdevaimennin ja menetelmä sen valmistamiseksiA fast saturating semiconductor attenuator and a process for its preparation
KEKSINNÖN ALAFIELD OF THE INVENTION
55
Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu yleisesti puolijohdelaitteisiin, jotka käsittävät saturoitavissa olevia vaimentimia, ja erityisesti menetelmään absorption elpymisajan lyhentämiseksi. Lisäksi menetelmä kohdistuu tällaisen laitteen käyttöön moodilukituissa lasereissa, jotka käsittävät 10 ainakin vahvistusväliaineen, välineet vahvistusväliaineen pumppaamiseksi ja päätypeilit.The present invention relates generally to semiconductor devices comprising saturable dampers, and in particular to a method for shortening the absorption recovery time. The method further relates to the use of such a device in mode-locked lasers comprising at least a gain medium, means for pumping a gain medium, and end mirrors.
KEKSINNÖN TAUSTABACKGROUND OF THE INVENTION
15 Saturoituvat puolijohdevaimentimet ovat epälineaarisia optisia elementtejä, joilla saadaan tuleva valonsäde vaimenemaan voimakkuuden mukaan; pienitehoinen tuleva säteily sopivimmin absorboituu, kun taas suuritehoinen säteily kulkee saturoituvan vaimentimen läpi ja vaimenee paljon vähemmän. Käytännön syistä saturoitavissa oleva puolijohde-20 vaimennin on yleensä integroitu puolijohde-, eriste- tai metallipeiliin (-peileihin), joka muodostaa saturoituvan Fabry-Perot-vaimentimen (FPSA). Yleisesti FPSA:ta voidaan käyttää heijastuksessa tai lähetyk-... sessä. Heijastuksessa käytettävä FPSA, jota tavallisesti kutsutaan sa turoitavissa olevaksi puolijohdevaimenninpeiliksi (SESAM, • · · ;*Y 25 semiconductor saturable absorber mirror), on useimmiten käytettävä s konfiguraatio. SESAMeita on sovellettu hyvin erilaisilla aloilla. Erityi- : sesti SESAMeihin perustuva passiivinen moodilukitus on tehokas tapa * · : tuottaa lyhyitä optisia pulsseja yksinkertaisissa laserkaviteeteissa. Tällä :***: tekniikalla on tuotettu ultralyhyitä optisia pulsseja käyttäen erilaisia 30 SESAM-malleja. Katso esimerkiksi julkaisut F. X. Kärtner ym., IEEE J. Sei. Top. Quantum Electron., voi. 2, s. 540-556, 1996, ja B. C. Collings .···. ym., IEEE J. Sei. Topics Quantum Electron, voi. 3, s. 1065-1075, 1997, US-patentti 4,860,296 (Chemla ym.) tai US-patentti 5,627,854 (Knox). Lähetyksen yhteydessä käytettäviä FPSA:ita ei ole aiemmin paljoa tut- • · · 35 kittu. Lähetyskonfiguraatiolla on kuitenkin etunsa, katso esimerkiksi Fl-:*.·. patenttihakemus 20055220 (Okhotnikov ym.), ja teknologiaa kehitetään edelleen.Saturated semiconductor suppressors are non-linear optical elements that attenuate the incident light beam with respect to intensity; low-power incoming radiation is preferably absorbed, whereas high-power radiation passes through a saturating attenuator and is much less attenuated. For practical reasons, the saturable semiconductor 20 suppressor is generally integrated in a semiconductor, dielectric or metal mirror (s) to form a saturable Fabry-Perot suppressor (FPSA). In general, FPSA can be used for reflection or transmission. The FPSA used in reflection, commonly referred to as the available semiconductor saturable absorber mirror (SESAM), is the most commonly used s configuration. SESAMs have been applied in very different fields. Specifically: Passive mode lock based on SESAMs is an effective way * ·: Produces short optical pulses in simple laser cavities. This: *** technology has produced ultra-short optical pulses using a variety of 30 SESAM models. See, for example, F. X. Kärtner et al., IEEE J. Sci. Top. Quantum Electron., Vol. 2, pp. 540-556, 1996, and B. C. Collings. et al., IEEE J. Sci. Topics Quantum Electron, vol. 3, pp. 1065-1075, 1997, U.S. Patent 4,860,296 (Chemla et al.) Or U.S. Patent 5,627,854 (Knox). The FPSAs used in the transmission have not been studied much • · · 35 before. However, the transmission configuration has its advantages, see for example Fl -: *. Patent Application 20055220 (Okhotnikov et al.), and technology is still being developed.
• · 2 FPSA käsittää puolijohdemateriaalia (-materiaaleja), jonka energiavyö on riittävän pieni kontrolloitavan optisen signaalin vaimentamiseksi. Vaimentava materiaali on yleensä upotettu puolijohdemateriaaliin 5 (-materiaaleihin), jolla on suurempi energiavyö(t) ja joka ei vaimenna optista signaalia. Yksittäisen vaimennuskerroksen paksuus on tyypillisesti muutamien nanometrien luokkaa kvanttimekaanisten vaikutuksien mahdollistamiseksi (tässä tapauksessa vaimennuskerroksista käytetään nimitystä kvanttikaivot, quantum well, QW). Koko vaimenninalue 10 voi käsittää useita kvanttikaivokerroksia, jotka muodostavat ns. moni-kvanttikaivorakenteen. Konstruktion muita piirteitä voivat olla epälineaarisen vaimentavan kerroksen sijoittaminen Fabry-Perofn kaviteettiin, jota tavallisesti rajaavat puolijohdepeilit, sekä välineet sähkökentän muodostamiseksi rakenteeseen sen vaimennusominaisuuksien säätä-15 miseksi, kuten on esitetty artikkelissa Heffernan ym, Appi. Phys. Lett., voi. 58, s. 2877-2879, 1991. Vaihtoehtoisesti saturoitavissa olevan vaimentimen optisten ominaisuuksien muuttamiseen voidaan käyttää ulkoista optista lähdettä, josta saadaan ohjaussäde, jolloin ohjaussäde voi absorboitua myös saturoitavissa olevan vaimentimen ympärillä ole-20 vaan materiaaliin, kuten on esitetty esimerkiksi julkaisussa M. Guina ym., Opt. Lett., 28, s. 43-45, 2003.• · 2 FPSAs consist of semiconductor material (s) with a sufficiently low energy belt to suppress the controllable optical signal. The damping material is generally embedded in a semiconductor material 5 (s) having a higher energy belt (s) and not damping the optical signal. The thickness of the individual damping layer is typically in the order of a few nanometers to allow quantum mechanical effects (in this case, the damping layers are called quantum wells, QW). The entire attenuation region 10 may comprise a plurality of quantum well layers forming a multi-quantum well structure. Other features of the design may include the placement of a non-linear damping layer in the Fabry-Perof cavity, usually delimited by semiconductor mirrors, and means for applying an electric field to the structure to adjust its damping properties, as disclosed in Heffernan et al. Phys. Lett., Vol. 58, pp. 2877-2879, 1991. Alternatively, an external optical source providing a guide beam may be used to alter the optical properties of the saturable attenuator, such that the guide beam may also be absorbed into material around the saturable attenuator, such as disclosed in M. Guina. et al., Opt. Lett., 28, pp. 43-45, 2003.
Saturoitavissa olevan puolijohdevaimentimen eräs tärkeä piirre on . elpymisaika; erityisesti tehokasta ja itsekäynnistyvää moodilukitusta •*V 25 varten elpymisajan arvon tulisi pysyä muutaman pikosekunnin ja muu- ♦ · · : : : tämän kymmenen pikosekunnin välisellä alueella vahvistusväliaineesta ja laserkaviteetista riippuen, kuten esitetään esim. julkaisussa R. Herda : ym., Appi. Phys. Lett., voi. 86, s. 01111-1 - 01111-3, 2005. Käytetyim- C..: piä tekniikoita elpymisajan lyhentämiseksi sopiviin arvoihin ovat kas- 30 vatus matalassa lämpötilassa, kuten esitetään julkaisussa Gupta ym., IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., voi. 10, s. 2464-2472, 1992 ;***: ja ionisäteily, kuten esitetään esimerkiksi julkaisussa Delponet et ai.,An important feature of a saturable semiconductor suppressor is. recovery; especially for efficient and self-triggering mode locking, the recovery time value should remain within a few picoseconds and ♦ · ·::: within these ten picoseconds, depending on the amplification medium and laser cavity, as disclosed, e.g., in R. Herda et al., Appl. Phys. Lett., Vol. 86, pp. 01111-1 to 01111-3, 2005. The most used techniques for shortening the recovery time to suitable values are low temperature growth as disclosed in Gupta et al., IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., Vol. 10, pp. 2464-2472, 1992; *** and ionic radiation, as disclosed, for example, in Delponet et al.,
Appi. Phys. Lett., voi. 72, s. 759-761, 1998. Molemmat näistä teknii- • · * koista ovat riippuvaisia samasta fyysisestä mekanismista, eli ei-säteily- 35 rekombinaatiokeskuksina toimivien vikojen muodostamisesta vaimen- ·*·*; nuksen elpymisajan lyhentämiseksi. Kullakin näistä tekniikoista on • # kuitenkin tiettyjä haittapuolia. Esimerkiksi kasvatus matalassa lämpö- 3 tilassa vaatii kasvatusparametrien kriittistä säätöä ja se on pääasiassa optimoitu GaAs-pohjaisille laitteille. US-patentissa 6,551,850 (Keller ym.) esitetty vaihtoehtoinen menetelmä käyttää hyväkseen matalassa lämpötilassa kasvattamisen ja Be-atomeilla seostamisen yhdistelmää 5 vähentääkseen elpymisaikaa 110 fs:iin uhraamatta paljoa epälineaarisista ominaisuuksista. Tämä menetelmä on kuitenkin pääasiassa sovellettavissa kiinteän olomuodon lasereissa vaadittavien SESAMien valmistamiseen. Toisaalta säteilytys painavilla tai keveillä ioneilla tarjoaa lisää joustavuutta sellaisten SESAMien saamiseen, joilla on laa-10 jempi elpymisaikojen vaihtelualue samasta kiekosta. Ionisäteilytystä on onnistuneesti sovellettu sekä GaAs- että InP-pohjaisiin materiaaleihin. Tämän tekniikan piilevänä vaarana on se, että se vaatii kalliita ja melko monimutkaisia ionikiihdyttimiä, jotka kasvattavat valmistusprosessin monimutkaisuutta. Toinen haittapuoli liittyy lähetyksessä käytettävien 15 FPSA:iden säteilytykseen, joka tavallisesti käyttää kahta puolijohde-DBR:ää, yhtä absorptioalueen alapuolella ja toista absorptioalueen yläpuolella. Tästä geometriasta johtuen ainakin ionisäteilytyslähtee-seen kohdistuva DBR kohtaa tiettyjä puutteita säteilytyksen tuloksena. DBR:n ionisäteilytys johtaa lisääntyneisiin kirkastamattomissa oleviin 20 häviöihin ja sitä tulisi yleisesti välttää.Appl. Phys. Lett., Vol. 72, pp. 759-761, 1998. Both of these techniques are dependent on the same physical mechanism, i.e., the generation of defects acting as non-radiation recombination centers; shortening of the recovery time. However, each of these techniques has its # # disadvantages. For example, low temperature growth requires critical adjustment of the growth parameters and is mainly optimized for GaAs based devices. An alternative method disclosed in U.S. Patent No. 6,551,850 to Keller et al. Utilizes a combination of low temperature growth and Be atom doping 5 to reduce the recovery time to 110 fs without sacrificing much on non-linear properties. However, this method is mainly applicable to the preparation of SESAMs required for solid state lasers. On the other hand, irradiation with heavy or light ions provides greater flexibility in obtaining SESAMs with a broader range of recovery times from the same wafer. Ion irradiation has been successfully applied to both GaAs and InP based materials. The inherent danger of this technology is that it requires expensive and rather complex ion accelerators, which increase the complexity of the manufacturing process. Another drawback relates to the irradiation of the 15 FPSAs used in the transmission, which typically use two semiconductor DBRs, one below the absorption region and the other above the absorption region. Due to this geometry, at least the DBR directed at the ion irradiation source faces certain shortcomings as a result of the irradiation. Ion irradiation of DBR leads to increased losses in non-brighteners and should generally be avoided.
N-pitoisten sidospuolijohteiden, eli GaAsN ja InGaAsN, kasvatus on tullut esiin tärkeänä sellaisten puolijohdelaserdiodien kehitysalueena, jotka toimivat noin 1,3 pm:llä, katso esimerkiksi Kondow ym., |·γ 25 “GalnNAs: a novel material for long-wavelength semiconductor lasers”, ;·γ IEEE J. Selct. Topics in Quantum Electron., vol. 3, s.719-730, 1997.The cultivation of N-containing bonded semiconductors, i.e. GaAsN and InGaAsN, has emerged as an important developmental area for semiconductor laser diodes operating at about 1.3 µm, see, for example, Kondow et al., | · Γ 25 ″ GalnNAs lasers ”; · γ IEEE J. Selct. Topics in Quantum Electron., Vol. 3, pp.719-730, 1997.
:.:: GalnNa-rakenteet kasvatetaan tavallisesti käyttäen kiinteän olomuodon • · : molekulaarisädereaktoria (MBE, molecular beam reactor), joka on va- rustettu radiotaajuisella (RF) plasmalähteellä, jota käytetään reaktiivi-30 sen N:n tuottamiseen ultrapuhtaasta N2:sta, katso esimerkiksi Fischer ym., “GalnNAs for GaAs based lasers for the 1.3 to 1.5 pm range”, J. of Crystal Growth, vol. 251, s. 353-359, 2003. Typpiplasman tuotolla on useita erilaisia komponentteja: atomit (N), molekyylit (N2) ja ionit (N2+), mutta vain atomiset N:t ovat toivottavia liitettäväksi GaAsN- tai ·· 35 InGaAsN-materiaaleihin, katso esimerkiksi Carrere ym., “Nitrogen-•V; plasma study for plasma-assisted MBE growth of 1.3 pm laser diodes”,:. :: GalnNa structures are usually grown using a solid state · ·: Molecular beam reactor (MBE) equipped with a radio frequency (RF) plasma source used to produce reactive N from ultra pure N 2, see, for example, Fischer et al., "GalnNAs for GaAs-Based Lasers for the 1.3 to 1.5 pm Range," J. of Crystal Growth, vol. 251, pp. 353-359, 2003. Nitrogen plasma production has several different components: atoms (N) , molecules (N2) and ions (N2 +), but only atomic Ns are desirable for incorporation into GaAsN or ·· 35 InGaAsN materials, see for example Carrere et al., “Nitrogen-V; plasma study for plasma-assisted MBE growth of 1.3 pm laser diodes ”,
Solid-State Electron., voi. 47, s. 419-423, 2003. Tutkimukset ovat 4 osoittaneet että N2+-ionien tuotannon minimointi johtaa merkittävään GalnNAs-pohjaisten laitteiden optisten ominaisuuksien parantumiseen, kuten esitetään esimerkiksi julkaisussa T. Kageyama, “Optical quality of GaNAs and GalnNAs and its dependence on RF cell condition in 5 chemical beam epitaxy”, J. of Cryst. Growth, vol. 209, s. 350-354, 2000. Näin ollen tavallisessa käytännössä sellaisten N-pitoisten puoli-johderakenteiden kasvatusta varten, joilla on matala virhetiheys, plas-malähdevirtauksessa olevat energiset ionit poistetaan käyttämällä sähköstaattisten deflektoreiden paria tai optimoimalla plasma-asetukset.Solid-State Electron., Vol. 47, pp. 419-423, 2003. Studies have shown 4 that minimizing the production of N2 + ions results in a significant improvement in the optical properties of GalnNAs-based devices, as described, for example, in T. Kageyama, "Optical Quality of GaNAs and GalnNAs and Its Dependence on RF cell condition in 5 chemical beam epitaxy ”, J. of Cryst. Growth, vol. 209, pp. 350-354, 2000. Thus, in conventional practice, for the growth of low-error N-containing semiconductor structures, energy ions in plasma source current are removed by using a pair of electrostatic baffles or by optimizing plasma settings.
10 Esimerkiksi julkaisussa Reifsnider ym., “Use of optical emission intensity to characterize an RF plasma source for MBE growth of GaAsN", J. of Cryst. Growth, voi. 243., s. 396-403, 2002 esitettiin, että optimaalisen teho- ja virtausyhdistelmän valinta pienentää ionien tuotantoa plasmalähteestä, mikä vaikuttaa sekä ionien määrään että 15 energiaan. Tässä keksinnössä käytetään päinvastaista prosessia, nimittäin N2+-ionien tuotannon lisäämistä sillä tavoitteella, että otetaan käyttöön ei-säteilyrekombinaatiokeskuksia saturoitavissa olevien puo-lijohdevaimentimien kasvatuksen aikana, ja näin vähennetään laitteen vaimennuksen elpymisaikaa.10 For example, Reifsnider et al., "Use of Optical Emission Intensity to Characterize an RF Plasma Source for GaAsN", J. of Cryst. Growth, vol. 243, pp. 396-403, 2002, suggested that optimal power and the choice of flow combination reduces the production of ions from the plasma source, affecting both the amount of ions and the energy 15. The present invention employs the opposite process, namely increasing the production of N2 + ions to introduce non-radiation recombination centers during incrementation of saturable semiconductor dampers recovery time for device suppression.
2020
KEKSINNÖN YHTEENVETOSUMMARY OF THE INVENTION
··· • · · • * · : .·. Tämän keksinnön päätavoitteena on esittää menetelmä vaimennuksen elpymisajan säätämiseksi saturoitavissa olevan puolijohdevaimennin-" V 25 rakenteen epitaksiaalisen kasvun aikana käyttäen in situ - säteilytystä i*:.: N2+-ioneilla. Ionit indusoivat säädetyn määrän hilan virheitä, jotka toimi- :·:: vat ei-säteilyrekombinaatiokeskuksina epälineaarisella absorptio- alueella. Nämä keskukset sieppaavat valosynnytetyt kuljettajat ja tämän seurauksena vähentävät vaimentimen elpymisaikaa.··· • · · • * ·:. ·. The main object of the present invention is to provide a method for adjusting the damping recovery time during epitaxial growth of a saturable semiconductor damping structure "V 25" using in situ irradiation with i *:.: N2 + ions. The ions induce a controlled number of lattice errors that operate: Radiation Recombination Centers in the Non-Linear Absorption Range These centers intercept light-born drivers and, as a result, reduce attenuator recovery time.
30 • · » vv • .**·. Tarkemmin sanottuna nyt esillä olevan keksinnön menetelmän mukai- **\ sesti ionit valmistetaan käyttäen kiinteän lähteen molekulaarisäde-epi- :·*"* taksiareaktorin (MBE) kasvatuskammioon yhdistettyä radiotaajuus- plasmalähdettä.30 • · »vv •. ** ·. More specifically, according to the method of the present invention, ions are prepared using a radio frequency plasma source connected to a solid source molecular beam epi-: * * * taxi reactor (MBE) growth chamber.
35 • · · w • · j..I# Menetelmällä valmistetun puolijohdelaitteen yleinen arkkitehtuuri kä- **··* sittää ainakin epälineaarisen absorptioalueen, joka sisältää kvantti- 5 kaivoja, kvanttipisteitä tai puolijohdemateriaalia, sekä puskurointi- ja päällikerroksia.The general architecture of the semiconductor device fabricated by the method comprises at least a non-linear absorption region containing quantum wells, quantum dots or semiconductor material, and buffering and overlays.
Tarkemmin saottuna menetelmä on pääasiassa tunnettu siitä, että ab-5 sorptioalueen epitaksiaalisen kasvatuksen jälkeen absorptioaluetta säteilytetään N2+-ioneilla, jotka on muodostettu radiotaajuusplasma-lähteellä, joka on liitetty kasvatuskammioon, jossa laitteen kerrokset höyrystetään.More specifically, the method is mainly characterized in that, after epitaxial growth of the ab-5 sorption region, the absorption region is irradiated with N2 + ions formed by a radio frequency plasma source connected to a growth chamber where the layers of the device are vaporized.
10 Menetelmässä plasmalähteen, eli radiotaajuustehon ja N2-kaasuvir-tauksen, asetus valitaan halutun ionivirran tuottamiseksi.In the method, the setting of the plasma source, i.e., radio frequency power and N2 gas flow, is selected to produce the desired ion current.
Kuten alan ammattilaiset havaitsevat, radiotaajuusplasmalähdettä käyttävän in-situ -ionisäteilytyksen menetelmää voisi soveltaa muun 15 tyyppisiin ioneihin, kuten Ar+, saturoitavissa olevan puolijohdevaimen-timen elpymisajan pienentämiseksi.As will be appreciated by those skilled in the art, the in-situ ion irradiation method employing a radio frequency plasma source could be applied to reduce the recovery time of other types of ions such as Ar + to saturate the semiconductor suppressor.
PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
20 Keksintöä havainnollistetaan yksityiskohtaisesti seuraavassa selityksessä, jossa selostetaan esimerkkeinä erityisiä suoritusmuotoja ja :T: vastaavia piirustuksia, joissa: * · • · · • · « ··· « • Kuva 1 esittää poikkileikkauksena tämän keksinnön mukaan muo- :25 dostetun FPSA:n yleisrakennetta käytettäväksi heijastus- :*V tilassa.The invention will be illustrated in detail in the following description which, by way of example, illustrates specific embodiments and: T: Similar drawings in which: Fig. 1 is a cross-sectional view of the general structure of an FPSA formed in accordance with this invention; for use in reflection: * V mode.
• · · *·· ··· « · ”·* Kuva 2 esittää vaimennuksen elpymisaikoja kahdessa tapauk- ,, sessa. a) käytettäessä standardikasvatusta ja b) käytettä- *·[·** 30 essä in-situ -säteilytystä N-ioneilla.Figure 2 shows damping recovery times in two cases. a) using standard culture; and b) using * · [· ** 30 in-situ irradiation with N ions.
• · • · • · ·• · • · • · ·
Kuvat 3a-3d esittävät passiivisesti moodilukittujen kuitulaserien useita .···! suoritusmuotoja, joissa käytetään tämän keksinnön mukaan valmistettuja saturoitavissa olevia puolijohdevaimentimia.Figures 3a-3d passively show several mode-locked fiber lasers. ···! embodiments using saturable semiconductor attenuators manufactured in accordance with the present invention.
i*V 35 • * 6i * V 35 • * 6
KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUSDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Kuvaan 1 viitaten tämän keksinnön mukaisesti muotoillun puolijohde-FPSA:n yleinen rakenne sisältää puolijohdesubstraatin 1, esimerkiksi 5 GaAs tai InP, joka soveltuu korkealaatuisten seospuolijohteiden, joissa on vuorotellen suuri ja pieni taitekerroin, kasvattamiseksi DBR-heijas-timen (distributed Bragg reflector) 2 muodostamiseksi. DBR-kerrosten paksuus on neljäsosa siitä optisesta aallonpituudesta, jota DBR:n on suunniteltu heijastavan maksimitasollaan. Heijastavuutta voidaan sää-10 tää muuttamalla osakerroksien lukumäärää. Laite sisältää absorptio-alueen 3, joka käsittää kerroksen (kerroksia), jonka energiavyö varmistaa optisen signaalin vaimennuksen ja tarjoaa epälineaarisen vuorovaikutuksen signaalin kanssa. Absorptioalue 3 kasvatetaan väli-kerroksen 4 päälle ja sitä seuraa puskurointikerros 5. Puskurointi-15 kerroksen 5 paksuus auttaa säätämään N2+-ionien läpäisyä, ja näin ollen vikojen määrää aktiivisella alueella 3.Referring to Figure 1, the overall structure of a semiconductor FPSA formed in accordance with the present invention includes a semiconductor substrate 1, for example 5 GaAs or InP, suitable for growing high quality alloy semiconductors with a high and low refractive index to form a distributed Bragg reflector 2. . The thickness of the DBR layers is a quarter of the optical wavelength that DBR is designed to reflect at its maximum level. The reflectivity can be adjusted by changing the number of sub-layers. The device includes an absorption region 3 comprising a layer (s) whose energy belt provides for attenuation of the optical signal and provides non-linear interaction with the signal. The absorption region 3 is grown on the intermediate layer 4 and is followed by a buffering layer 5. The thickness of the buffer 15 layer 5 helps to control the passage of the N 2+ ions, and thus the number of defects in the active region 3.
Tämän keksinnön mukaisesti oletetaan, että puskurointikerroksen 5 kasvatuksen jälkeen näytettä säteilytetään N2+—ioneilla, eikä mitään 20 muita materiaaleja kerrostu säteilytyksen aikana. Lisäapuna säteilytyk- sen vaikutusten säätämiseksi absorptioalueen kiteisellä rakenteella on sen puolijohdekiekon lämpötila, jossa kerrostuminen tapahtuu. Pää- asiallinen säteilytysvaikutusten säätö saavutetaan säätämällä säteily- tysaikaa ja radiotaajuusplasmalähteen asetuksia (teho ja virtaus), millä i*Y 25 on suora vaikutus N2+-ionivirtauksen ominaisuuksiin; esim. suuret ra-• · · "V diotaajuustehot ja matalat virtaustulokset saavat aikaan suuremman • · · !“/· määrän ja energisempiä ioneita, katso esimerkiksi Reifsnider ym., ”Use :.:: of optical emission intensity to characterize an RF plasma source for MBE growth of GaAsN”, J. of Cryst. Growth, voi. 243, s. 396-403, 30 2002.According to the present invention, it is assumed that after the growth of the buffering layer 5, the sample is irradiated with N 2+ ions and no other materials are deposited during the irradiation. As an additional aid in controlling the effects of irradiation, the crystalline structure of the absorption region has the temperature of the semiconductor wafer at which deposition occurs. The principal control of the irradiation effects is achieved by adjusting the irradiation time and the settings of the RF plasma source (power and current), which i * Y 25 has a direct effect on the properties of the N2 + ion flow; for example, high bandwidth and low flow results in higher · · ·! ”/ · output and more energetic ions, see for example Reifsnider et al.,“ Use:. :: of optical emission intensity to characterize an RF plasma source for MBE growth of GaAsN, "J. of Cryst. Growth, vol. 243, pp. 396-403, 30 2002.
♦ · • · • ··♦ · • · • ··
Ylimääräinen seospuolijohdekerros (-kerroksia) 6 sijoitetaan puskuri- *. alueen 5 yläpuolelle alimpien puolijohdepeilien 2 ja ylimmän peilin 27 ··· ·“· laitteen pinnan rajaaman Fabry-Perofn kaviteetin paksuuden säätämi- 35 seksi. Fabry-Perofn kaviteetin resonanssiaallonpituudella toimiminen :*·*: ja absorptioalueen sijoittaminen kaviteetissa olevan optisen kentän * · vastasolmuille parantaa saturoitavissa olevan vaimentimen epälineaa- 7 risia ominaisuuksia. Rakenne voi päättyä puolijohteeseen DBR (2’). Vaihtoehtoisesti ylimmän peilin 2’ kerroksia ei kasvateta; tässä tapauksessa puolijohde-ilma-rajapinta toimii osittain heijastettuna peilinä Fabry-Perofn kaviteettiin.The additional alloy semiconductor layer (s) 6 are placed in the buffer *. above area 5 to adjust the thickness of the Fabry-Perofn cavity delimited by the lower semiconductor mirrors 2 and the upper mirror 27 ··· · “·. Operating at the resonance wavelength of the Fabry-Perof cavity: * · *: and positioning the absorption region on the opposing nodes of the optical field * · enhances the nonlinear properties of the saturable attenuator. The structure may end in a semiconductor DBR (2 '). Alternatively, the layers of the top mirror 2 'are not incremented; in this case, the semiconductor-air interface acts as a partially reflected mirror to the Fabry-Perof cavity.
5 N-säteilytyksen vaikutus esitetään kaaviollisesti kuvassa 2, joka esittää heräteoptista pulssia seuraavaa epälineaarisen vaimennuksen vaihtelua. Vaimennuksen elpymisaikavakio liittyy suoraan ionivirtauksen ominaisuuksiin, säteilytysaikaan, puskurointikerroksen 5 10 paksuuteen ja näytteen lämpötilaan. Erityisesti merkittävä vähennys vaimennuksen elpymisajassa voitaisiin saavuttaa korkealla annoksella N2+-ioneita. Ylimääräiset optimointivaiheet voivat sisältää myös in-situ tai kasvatuksen jälkeistä nopeaa lämpökäsittelyä.The effect of N-irradiation is schematically illustrated in Figure 2, which shows the variation of nonlinear attenuation following an excitation pulse. The damping recovery time constant is directly related to the ion flow characteristics, the irradiation time, the thickness of the buffering layer 5 and the sample temperature. In particular, a significant reduction in the damping recovery time could be achieved with high doses of N 2+ ions. The additional optimization steps may also include in-situ or post-growth rapid heat treatment.
15 Kuten alan ammattilaiset voisivat havaita, tässä keksinnössä esitettyä menetelmää voidaan käyttää sellaisten FPSA:iden valmistamiseksi, joilla on vaadittava elpymisaika ja jotka toimivat halutulla aallonpituusalueella käyttäen sopivia seospuolijohteita osakerroksia varten.As will be appreciated by those skilled in the art, the process of the present invention can be used to prepare FPSAs having the required recovery time and operating in the desired wavelength range using suitable alloy semiconductors for the sublayer.
20 Kuvissa 3a ja 3b esitetyn sovelluksen mukaan heijastuksessa käytettävää FPSA:ta, eli nyt esillä olevan keksinnön mukaan konstruoitua :T: SESAMia 12 käytetään kuitulaserin passiiviseen moodilukitukseen.According to the embodiment shown in Figures 3a and 3b, the reflection FPSA, i.e.: T: SESAM 12 constructed according to the present invention, is used for passive mode locking of a fiber laser.
•Tässä vahvistusväliainetta, esimerkiksi erbiumilla tai ytterbiumilla :seostettua kuitua 7, pumpataan optisesti signaalisäteen muodostami-25, seksi. Pumppu 8 muodostaa pumppusignaalin, joka kytketään kuituun "V kytkinalueella 9. Laserkaviteettia rajaa SESAM 12 vahvistusalueen yh- della puolella ja toinen peili 10 tai 11 vahvistusalueen toisella puolella. SESAM voi olla liitetty kaviteettiin päittäin tai linssin avulla. Laserkavi-teetti voi käyttää dispersiokompensaattoreita 11, jotka sisältävät, mutta :T: 30 eivät rajoitu hilapareihin, prismoihin, erityiskuituihin, kuten dispersio- kompensaatiokuituun, ja fotonienergiavyökuituun.Here, the amplifying medium, for example, erbium or ytterbium: doped fiber 7, is optically pumped for signal beam forming. Pump 8 generates a pump signal coupled to fiber "V in switch region 9. The laser cavity is bounded by SESAM 12 on one side of the gain region and another mirror 10 or 11 on the other side of the gain region. containing, but not limited to: T: 30, not limited to lattice pairs, prisms, special fibers, such as dispersion compensation fibers, and photon energy belt fibers.
··· • « • · · *y: Kuvat 3c ja 3d paljastavat muita sovellusesimerkkejä, joissa FPSA:ta käytetään kuitulasereiden moodilukituksen lähetykseen. Muilla kävi-35 teettielementeillä on sama toiminto kuin edellä kuvatuilla.Figure 3c and 3d reveal other application examples where FPSA is used to transmit mode lock for fiber lasers. The other cone-35 elements have the same function as those described above.
• · • · 1 • · • · * · · 8• · • · 1 • · • · * · · 8
VIITEJULKAISUT US-PATENTTI JULKAISUTREFERENCES US-PATENT PUBLICATIONS
4,860,296 8/1989 Chemla 372/44 5,627,854 6/1997 Knox 372/99 6,551,850 04/2003 Keller 438/454,860,296 8/1989 Chemla 372/44 5,627,854 6/1997 Knox 372/99 6,551,850 04/2003 Keller 438/45
Fl-patenttihakemukset 20055220 Okhotnikov, Oleg ja Guina Mircea: “Resonant Fabry-Perot Semiconductor Saturable Absorber”Fl Patent Applications 20055220 Okhotnikov, Oleg and Guina Mircea: "Resonant Fabry-Perot Semiconductor Saturable Absorber"
MUUT JULKAISUTOTHER PUBLICATIONS
F.X Kärtner ym., “Soliton mode-locking with saturable absorbers”, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., vol. 2, s. 540-556, 1996.F.X Kärtner et al., "Soliton mode locking with saturable absorbers", IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., Vol. 2, pp. 540-556, 1996.
B.C. Codings ym, “Short cavity Erbium/Ytterbium fiber laser mode-locked with a saturable Bragg reflector", IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron, vol. 3, s. 1065-1075, 1997.B.C. Codings et al., "Short Cavity Erbium / Ytterbium Fiber Laser Locked with a Saturable Bragg Reflector", IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron, vol. 3, pp. 1065-1075, 1997.
J. F. Heffernan, M. H. Moloney ym, “All optical, high contrast absorptive * modulation in an asymmetric Fabry-Perot etalon", Appi. Phys. Lett., !.:1· 5 vol. 58, s. 2877-2879, 1991.J. F. Heffernan, M. H. Moloney et al., "All optical, high contrast absorptive * modulation in an Asymmetric Fabry-Perot Etalon", Appl. Phys. Lett.,: 1 · 5 vol. 58, pp. 2877-2879, 1991.
• · • · « • · · "V M. Guina ym., “Harmonic mode-locking by synchronous optical |·ϊ ϊ pumping of a saturable absorber with the residual pump", Opt. Lett., * 1 · 28, s. 43-45, 2003."M. M. Guina et al.," Harmonic Mode Locking by a Synchronous Optical | Pumping of a Saturated Absorption with a Residual Pump, "Opt. Lett., * 1 · 28, pp. 43-45, 2003.
* · · · ’ ’ • · * · * · «· 1 10 R. Herda ym. “Effect of amplified spontaneous emission and absorber mirror recovery time on the dynamics of mode-locked fiber lasers”, Appi. Phys. Lett., vol. 86, s. 01111-1 - 01111-3, 2005.R. Herda et al., "Effect of Amplified Spontaneous Emission and Absorption Mirror on Dynamics of Mode-Locked Fiber Lasers," Appl. Phys. Lett., Vol. 86, pp. 01111-1 - 01111-3, 2005.
• · ··· S. Gupta ym., “Ultrafast carrier dynamics in lll-V semiconductors grown 15 by molecular-beam epitaxy at very low substrate temperatures”, IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., vol. 10, s. 2464-2472, 1992.• · ··· S. Gupta et al., “Ultrafast carrier dynamics in lll-V Semiconductors grown 15 by Molecular-beam epitaxy at very low substrate temperatures,” IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., Vol. 10, pp. 2464-2472, 1992.
• · » • · · • « 1 · • · • · • · · 9 J. T. Gopinath ym., “Ultrafast recovery time in implanted semiconductor saturable absorber mirrors at 1.5 pm”, in Proc. CLEO, 2001 s. 698— 700.9 J. T. Gopinath et al., "Ultrafast recovery time in implanted semiconductor saturable absorber mirrors at 1.5 pm," in Proc. CLEO, 2001, pp. 698-700.
5 E. Lugagne Delpon ym, ’’Ultrafast excitonic saturable absorption in ion-implanted InGaAs/lnAlAs multiple quantum wells", Appi. Phys. Lett., vol. 72, s. 759-761, 1998.E. Lugagne Delpon et al., "Ultrafast Excitonic Saturated Absorption in Ion-Implanted InGaAs / InAlAs Multiple Quantum Wells," Appl. Phys. Lett., Vol. 72, pp. 759-761, 1998.
Kondow ym., "GalnNAs: a novel material for long-wavelength semi-10 conductor lasers”, IEEE J. Selct. Topics in Quantum Electron., vol. 3, s.719-730, 1997.Kondow et al., "GalnNAs: A Novel Material for Long-Wavelength Semi-10 Conductor Lasers", IEEE J. Selct. Topics in Quantum Electron, Vol. 3, pp. 719-730, 1997.
Fischer ym., "GalnNAs for GaAs based lasers for the 1.3 to 1.5 pm range”, J. of Crystal Growth, vol. 251, s.353-359, 2003.Fischer et al., "GalnNAs for GaAs-Based Lasers for the 1.3 to 1.5 Pm Range," J. of Crystal Growth, vol. 251, pp.353-359, 2003.
1515
Carrere ym, "Nitrogen-plasma study for plasma-assisted MBE growth of 1.3 pm laser diodes", Solid-State Electron., vol. 47, s. 419-423, 2003.Carrere et al., "Nitrogen-Plasma Study for Plasma-Assisted MBE Growth of 1.3 pm Laser Diodes," Solid-State Electron., Vol. 47, pp. 419-423, 2003.
20 T. Kageyama julkaisussa “Optical quality of GaNAs and GalnNAs and its dependence on RF cell condition in chemical beam epitaxy”, J. of Cryst. Growth, vol. 209, s. 350-354, 2000.20 T. Kageyama, in "Optical Quality of GaNAs and GalnNAs and Its Dependence on RF Cell Condition in Chemical Beam Epitaxy", J. of Cryst. Growth, vol 209, pp. 350-354, 2000.
Reifsnider ym., “Use of optical emission intensity to characterize an RFReifsnider et al., Use of optical emission intensity to characterize an RF
25 plasma source for MBE growth of GaAsN”, J. of Cryst. Growth, vol.25 plasma source for MBE growth of GaAsN, ”J. of Cryst. Growth, vol.
...... 243., s. 396-403, 2002....... 243., pp. 396-403, 2002.
• * · • » » · » ♦ · · «»· · • · • · · • · · ··· · * · • · · • · · ♦ *· · • · • · · • · · ··· 9 999 9 w 9 9 999 999 9 9 9 9 9· 9 999 9 9 9 9 999 9 9 9 • 99 9 9· 9 9 999 • 9 9 9 999 9 • 9 9 • 99 9 9 9 9 999 9 9 • 9 999• * • »» · »♦» »· · · · · · · · · · · · · · 9,999 9 w 9 9,999 999 9 9 9 9 9 · 9 999 9 9 9 9 999 9 9 9 • 99 9 9 • 9 9 999 • 9 9 9 999 9 • 9 9 • 99 9 9 9 9 999 9 9 • 9,999
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20055559A FI120777B (en) | 2005-10-18 | 2005-10-18 | Fast saturating semiconductor attenuator and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20055559 | 2005-10-18 | ||
| FI20055559A FI120777B (en) | 2005-10-18 | 2005-10-18 | Fast saturating semiconductor attenuator and method of manufacturing the same |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20055559A0 FI20055559A0 (en) | 2005-10-18 |
| FI20055559A FI20055559A (en) | 2007-04-19 |
| FI120777B true FI120777B (en) | 2010-02-26 |
Family
ID=35185268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20055559A FI120777B (en) | 2005-10-18 | 2005-10-18 | Fast saturating semiconductor attenuator and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI120777B (en) |
-
2005
- 2005-10-18 FI FI20055559A patent/FI120777B/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI20055559A0 (en) | 2005-10-18 |
| FI20055559A (en) | 2007-04-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1867013B1 (en) | Semiconductor saturable absorber reflector and method to fabricate thereof | |
| US7933300B2 (en) | Resonant fabry-perot semiconductor saturable absorbers and two photon absorption power limiters | |
| Keller | Semiconductor nonlinearities for solid-state laser modelocking and Q-switching | |
| EP0670617B1 (en) | Ring laser | |
| CA2200925C (en) | Saturable bragg reflector structure and process for fabricating the same | |
| JP2003521106A (en) | Semiconductor laser with reflector including saturable Bragg reflector | |
| MXPA97003090A (en) | Bragg saturable reflector structure and processed to manufacture the mi | |
| GB2399941A (en) | Vertical cavity semiconductor optical devices | |
| US6826219B2 (en) | Semiconductor saturable absorber device, and laser | |
| US20060227825A1 (en) | Mode-locked quantum dot laser with controllable gain properties by multiple stacking | |
| Valentine et al. | Femtosecond Yb: YCOB laser pumped by narrow-stripe laser diode and passively modelocked using ion implanted saturable-absorber mirror | |
| FI113503B (en) | Procedure for organizing a mode-locked pulse queue by pump modulation | |
| FI120777B (en) | Fast saturating semiconductor attenuator and method of manufacturing the same | |
| Rutz et al. | 1.5 µm GaInNAs semiconductor saturable absorber for passively modelocked solid-state lasers | |
| FI118707B (en) | Semiconductor component and process for its manufacture | |
| Grange et al. | Antimonide semiconductor saturable absorber for 1.5 m | |
| Peng et al. | Relative intensity noise characteristics of long-wavelength quantum dot vertical-cavity surface-emitting lasers | |
| WO2007071809A1 (en) | Semiconductor device and method to fabricate thereof | |
| CN117477336A (en) | Semiconductor saturable absorber mirror, preparation method thereof and picosecond fiber laser seed source | |
| Kuznetsov et al. | Creation and Investigation of a SESAM and DSAM Mirrors for Yb: KYW Laser | |
| Rubtsova et al. | Semiconductor quantum well based shutters for NIR laser mode-locking with∼ GHz repetition rate | |
| Guina et al. | Mode-locked fiber lasers based on semiconductor saturable absorbers | |
| Griebner et al. | Femtosecond Mode-Locked Semiconductor Disk Lasers | |
| Hucttl et al. | Low noise monolithic 40 GHz mode-locked DBR lasers based on GaInAsP/InP | |
| Guina et al. | Semiconductor saturable absorbers with recovery time controlled by lattice mismatch |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 120777 Country of ref document: FI |