JP4800974B2 - 光装置および単一チップ上に双方向光動作用の統合されたレーザおよび検出器を製造する方法 - Google Patents
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Description
双方向光動作をもたらすためのそのようなデバイスの統合は、レーザと検出器の高効率カップリングを単一の光ファイバに与えるために、チップ上の別々のメサにレーザと検出器を製造できる多層エピキタシにも拘わらず最適化される。発明の他の態様では、複数の光放射器と複数の光検出器は、単一ファイバへの複数の放射器と複数の検出器のカップリングを可能にするため、単一のチップ上に製造される。放射器は、開示が参照によって本明細書に組み込まれる、2004年10月5日に出願された米国特許出願第10/958,069号、または2004年10月14日に出願された米国特許出願第10/963,739号において説明されたような、チップ表面に製造された表面放射デバイスでもよく、または、レーザ出力が光ファイバと結合している米国特許第4,851,368号、または1992年5月発行のIEEE量子エレクトロニクスジャーナル28巻p.1227−1231で説明されたような、チップ上のエッジ放射レーザでもよい。検出器もまた、同じチップ上に製造され、ファイバから光信号を受けるため、同じ光ファイバに結合される、表面またはエッジ受信デバイスであってもよい。本発明の好ましい形態では、各レーザは異なる波長の光を放射し、そして各検出器は放射された光とは別の異なる波長の光を受信する。
p−ドープのInPバッファ、p−ドープのInGaAs p−接触層、p−ドープのInP転位層、非ドープのInGaAs検出層、n−ドープのInP層、およびn−ドープのInGaAs n−接触層。
検出器は、さらに、図2、および図3に示されるように、トレンチ52で規定される検出器メサを形成するために、層12の一部を除去して形成される。
それらの半導体構造は、デバイスの製造を容易にするために共通層を共有してもよい。例えば、電気的隔離および高速性能を改良するためのグラウンド平面を提供するため、検出器層80、82の間に高ドープされた半導体層が導入可能である。
検出器構造82は、検出器82に接続された電極を通して適当な出力を生成するこのビームの波長に応答する。さらに、光デバイス90は、矢印116で示すように検出器構造82の頂部表面110に、レンズ100によって方向付けられる、さらに他の波長の第2の入力ビーム116に応答可能である。検出器構造82は、このビームに応答しないが、光はそれを通り抜ける。下にある検出器構造80は、矢印116で示すようにビームを受光し、それに応答して、対応する出力を適切な電極(図示せず)に生成する。
1490nm±10nmの波長域の入射光270もまた、45°の角度でフィルタ262に向けられるが、この波長はフィルタを通して下にある検出器252にほぼ完全に伝達される。図12の平面図に示されるように、受光270は、より大きな検出領域、およびそれによってより大きい受光感度を提供するため、ベース要素256の下の領域を含む、破線272の中の検出器に向けられている。
異なる光の波長のために密集したレーザチャンネルの他のアレイは、チップのアーキテクチャを変更することによって、同じ第1のエピタキシャル構造に形成される。
Claims (51)
- 基板と、
前記基板の上にエピタキシャルに堆積された、n型の層とp型の層とを有するエピタキシャル検出器構造と、
前記エピタキシャル検出器構造を通るように形成され、該エピタキシャル検出器構造を第1の部分と第2の部分とに分離するトレンチと、
前記エピタキシャル検出器構造の前記第1の部分の上にエピタキシャルに堆積されたエピタキシャルレーザ構造と、
前記エピタキシャル検出器構造の前記第1の部分の上の前記エピタキシャルレーザ構造に設けられた、少なくとも1つのエッチングされた面を有する面放射レーザと、
前記エピタキシャル検出器構造の前記第2の部分に設けられた検出器とを備えている光デバイス。 - 前記レーザが少なくとも1つの放射器端を持つ、請求項1に記載のデバイス。
- 前記エッチングされた面が、およそ45°の角度で前記レーザの前記放射器端に存在し、表面放射レーザを生成するようになっている、請求項2に記載のデバイス。
- 前記検出器が、前記レーザの放射器端を実質的に囲んでいる、請求項1に記載のデバイス。
- 前記検出器がp−i−nダイオードである、請求項1に記載のデバイス。
- 前記検出器がアバランシェ光検出器である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記レーザが、第1の波長の光を放射するように形成され、前記検出器が第2の波長の光を検出するように形成されている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記レーザが表面放射レーザである、請求項7に記載のデバイス。
- 前記トレンチが前記基板まで下向きに延びている、請求項7に記載のデバイス。
- 前記レーザから放射された光を光ファイバと結合させるための外部光学要素をさらに含む、請求項3に記載のデバイス。
- 前記外部光学要素が、前記レーザから放射された光を前記ファイバへ向けるためのレンズを含む、請求項10に記載のデバイス。
- 前記第1の波長の光を外部光学デバイスに焦点を合わせるように最適化された外部レンズをさらに含み、前記レンズが、前記外部光学デバイスから受光した前記第2の波長の前記光を前記検出器と結合させている、請求項10に記載のデバイス。
- 前記レーザが、第1の波長での光を放射するために製造されたエッジ放射レーザであり、前記検出器が、第2の波長での光を検出するために製造されている、請求項2に記載のデバイス。
- さらに、前記レーザから放射される光を外部光学デバイスと結合させるための、前記レーザと整列された前記基板上の光学要素をさらに含んでいる、請求項13に記載のデバイス。
- 前記光学要素がレンズである、請求項14に記載のデバイス。
- 前記光学要素が回折要素である、請求項14に記載のデバイス。
- 前記光学要素が反射器である、請求項14に記載のデバイス。
- 前記外部光学デバイスが、光ファイバに放射光を向けるためのレンズを含んでいる、請求項14に記載のデバイス。
- 前記レンズが、前記放射光を前記ファイバと結合させるために最適化され、前記レンズが、前記ファイバから受光した前記第2の波長の光を前記検出器と結合させている、請求項18に記載のデバイス。
- 前記光学要素が、前記レーザによって前記レンズへ放射される光を偏向させるための前記基板上の反射器であり、前記反射器が、前記レンズを通して前記ファイバから受光する前記第2の波長の光が検出されることを許容するために前記検出器上に位置決めされている、請求項19に記載のデバイス。
- 前記光学要素が、前記レーザによって放射された光を前記レンズに偏向させ、また前記ファイバから受信された前記第2の波長の光を、前記レンズを通して送るためのダイクロイックフィルタである、請求項19に記載のデバイス。
- 前記レーザが、第1の波長の光を放射するために設けられ、前記検出器が、第2の波長の光を検出するために設けられ、第3の波長の光を検出する第2の検出器が前記エピタキシャル検出器構造に設けられている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記レーザ構造にレーザアレイが設けられている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記検出器構造に検出器アレイが設けられている、請求項23に記載のデバイス。
- 放射光を外部光ファイバと結合し、前記ファイバから受光した光を前記検出器と結合させるために、前記基板上の光学要素をさらに含んでいる、請求項24に記載のデバイス。
- 前記レーザおよび前記検出器が互いに光学的に隔離されている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記レーザおよび前記検出器が互いに電気的に隔離されている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記トレンチが前記基板まで下向きに延びている、請求項1に記載のデバイス。
- 基板を準備することと、
前記基板の上に、少なくとも第1のn型の層と第1のp型の層とを有するエピタキシャル検出器構造をエピタキシャルに堆積することと、
前記エピタキシャル検出器構造の上にエピタキシャルレーザ構造をエピタキシャルに堆積して層構造を形成することと、
前記層構造をエッチングしてトレンチを形成し、これにより前記層構造を第1の部分と第2の部分とに分離することと、
前記層構造の前記第1の部分における前記エピタキシャルレーザ構造に、エッチングにより形成された少なくとも1つの面を有する少なくとも1つのレーザを設けることと、
前記層構造の前記第2の部分における前記エピタキシャル検出器構造から前記エピタキシャルレーザ構造を除去して、前記エピタキシャル検出器構造の露出部分を形成することと、
前記エピタキシャル検出器構造の前記露出部分に少なくとも1つの検出器を設けることとを含む、光デバイスを製造する方法。 - 前記少なくとも1つのレーザを設けることが、レーザアレイを設けることを含み、各々が異なる波長の光を放射し、および前記少なくとも1つの検出器を設けることが、前記放射波長と異なる波長の光を受光するための検出器アレイを設けることを含む、請求項29に記載の方法。
- さらに前記検出器上にベースを含んでいる、請求項1に記載のデバイス。
- 前記ベースがシリコンで形成されている、請求項31に記載のデバイス。
- 前記ベース上に形成された光学コーティングをさらに含んでいる、請求項31に記載のデバイス。
- 前記コーティングがダイクロイックフィルタを形成している、請求項33に記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つのレーザを設けることが、およそ45°の角度のエッチングされた面を備えた放射器端を有するレーザを形成し、表面放射レーザを生成することを含む、請求項29に記載の方法。
- 前記検出器が前記レーザの前記放射器端を実質的に囲むように、前記トレンチをエッチングにより形成する、請求項35に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの検出器を設けることが、前記検出器をp−i−nダイオードとして形成すること含む、請求項35に記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つの検出器を設けることが、前記基板上の別々のメサの上に前記レーザおよび前記検出器を形成することを含む、請求項29に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのレーザを設けることが、前記レーザを、第1の波長で光を放射するように形成することを含み、
前記少なくとも1つの検出器を設けることが、前記検出器を、前記第1の波長とは異なる第2の波長で光を検出するように形成することを含む、請求項29に記載の方法。 - 前記基板の上に、前記レーザおよび外部光学デバイスと整列するように、光学要素を設けることをさらに含み、
前記光学要素を、前記レーザから放射された光を前記外部光学デバイスに結合させるように配置する、請求項39に記載の方法。 - 前記光学要素を設けることがレンズを設けることを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記光学要素を設けることが回折要素を設けることを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記光学要素を設けることが反射器を設けることを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記外部光学デバイスが光ファイバであり、
前記光学要素を設けることが、前記の放射された光を前記光ファイバに結合させるとともに、前記光ファイバから受光した第2の波長の光を前記検出器に結合させるために最適化されたレンズを設けることを含む、請求項40に記載の方法。 - 前記光学要素を設けることが、前記の放射された光を前記レンズに偏向させるとともに、前記光ファイバから受光した前記第2の波長の光を、前記レンズを介して、前記検出器に送るために最適化されたダイクロイックフィルタを設けることを含む、請求項44に記載の方法。
- 前記外部光学デバイスが光ファイバであり、
前記光学要素を設けることが、前記の放射された光を前記光ファイバに結合させるとともに、前記光ファイバから受光した第2の波長の光を前記検出器に結合させるために最適化された反射器を設けることを含む、請求項40に記載の方法。 - 前記検出器構造が、第2のn型の層と第2のp型の層とを有していて、
前記検出器構造の前記露出部分に第1の検出器を形成する前記ステップが、前記検出器構造に、それぞれ異なる波長の光に応答する第1および第2の検出器を形成することを含む、請求項29に記載の方法。 - 前記トレンチによって分離された前記層構造の前記第1および第2の部分が、前記基板の上に第1および第2のメサを有していて、前記第1のメサの上に前記少なくとも1つのレーザを設けるとともに、前記第2のメサの上に前記第1および第2の検出器を設ける、請求項47に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのレーザが、各レーザが異なる波長帯の光を放射することができるレーザアレイであり、
前記少なくとも1つの検出器が、各検出器が前記の放射された光の波長帯とは異なる波長帯の受光した光を検出することができる検出器アレイである、請求項29に記載の方法。 - エッチングによりトレンチを形成する前記ステップが、前記トレンチを前記基板までエッチングすることをさらに含む、請求項29に記載の方法。
- 前記検出器の頂部の前記第2の波長より短く、前記第1の波長より長い波長に対応するバンドギャップを有し、前記第1の波長の光を吸収する一方前記第2の波長の光を透過させ、これにより前記検出器を前記レーザから光学的に隔離する材料の吸収半導体層を形成するステップをさらに含む、請求項39に記載の方法。
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