KR100630514B1 - 전기 흡수 변조기 및 그러한 변조기를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

광 변조용의 도파관을 포함하는 유형의 전기 흡수 변조기(EAM)가 도파관 코어, 도파관 피복(42,43,52,53) 및 전극을 포함하고, 변조기는 전극에 인가되는 전압에 대한 응답으로서 변조기로 론치되는 광을 변조하기 위해 배치된다. 본 발명에 따라, 도파관 코어(41,51)의 폭 및/또는 두께는 변조기의 길이에 따라 변화한다. 폭/두께는 광이 입력되는 변조기의 일부분에서 변조기의 흡수를 감소시키기 위해, 더 작다. 변조기를 제조하는 방법은 테이퍼 사진 석판술 마스크(46)를 활용할 수 있다.
전기 흡수 변조기, 도파관 코어, 도파관 피복, 전극, 벌크 또는 양자 우물 구조, 매립 도파관, 리지 도파관, 테이퍼 석판 사진술 마스크

Description

전기 흡수 변조기 및 그러한 변조기를 제조하는 방법{ELECTRO-ABSORPTION MODULATOR AND METHOD FOR MANUFACTURING OF SUCH A MODULATOR}
본 발명은 부분적으로는 특히 개선된 성능을 갖는 전기 흡수 변조기에 관한 것이고, 부분적으로는 그러한 전기 흡수 변조기를 제조하는 상이한 방법에 관한 것이다.
특히 도파관을 포함하고, 통상적으로 소위 DFB 레이저(분포 귀환형 레이저)와 함께 모놀리식으로 집적되는 유형의 전기 흡수 변조기(EAM)는 장거리 송신과 관련하여 높은 비트율(일반적으로, 2.5 Gb/s 및 10 Gb/s; 앞으로는 최대 40 Gb/s)의 광 섬유 송신을 위해 매우 중요한 구성 부문이다.
이러한 이유는 그러한 EAM 구성 요소가 예를 들어, 직접 변조 레이저 보다 더욱 이상적인 특성을 갖기 때문이다(특히, 그러한 EAM 구성 요소를 변조하는 동안, 더 작은 동적 파장 편차, 소위 처프(chirp)를 갖는다). 또한, 그러한 EAM 구성 요소를 제조하기가 상당히 단순하고, (예를 들어, 리튬 네오베이트(neobate)로 제조된 마하 젠더 변조기와 같은 다른 종류의 외부 변조기와 비교하여) 낮은 구동 전압을 요구한다. EAM 구성 요소는 파장 분할 멀티플렉싱(WDM)을 포함하는 응용에 매우 유용하다.
종래의 EAM 구성 요소는 굴절률이 주위의 굴절률 보다 더 높은 도파관 코어를 갖는 도파관으로 이루어진다(예를 들어, EP 0,809,129, EP 0,726,483, GB 2,281,785 및 이들내의 참조 문헌을 참조하라). 1.3 또는 1.5 ㎛의 파장의 론치(launched)되는 광으로 동작하는 구성 요소에 대해, 코어는 일반적으로 InGaAsP 또는 InGaAsP와 InP의 교호 층과 같은 반도체 물질로 이루어진다. 코어는 도핑되지 않거나 약하게 도핑된다. 코어의 상부 및 하부에는, 일반적으로 p 도핑형 InP 층 및 n 도핑형 InP층이 각각 있어서, 완성된 구조는 p-i-n 다이오드를 구성한다.
변조기를 통한 감쇠는 론치되는 광의 광자 및 코어의 대역 갭 사이의 에너지의 차이에 따른다. 대역 갭은 특히, 인가되는 전계에 의해 영향을 받는다. 따라서, p-i-n 다이오드가 배치되어, 역 바이어스될 때, 론치되는 광의 대부분이 흡수되며, 그것에 의해, 광 전류가 발생한다. 일반적으로, 10-30 dB의 소광률(extinction ratios)이 달성될 수 있다.
이러한 점에서의 문제점은 대역 갭이 또한 강하게 온도 의존형이라는 것이다. 발생한 광 전류는 저항 가열을 초래하고, 따라서 온도가 증가하고, 그것에 의해 감쇠에 영향이 가해진다. 제 1 근사(approximation)에서 발광(luminous) 전력에 비례하는 흡수는 변조기의 시작부 즉, 광이 변조기로 론치되는 위치에서 가장 높다. 그것에 의해, 광 전류 또한 그 위치에서 가장 높다. 따라서, 그 위치에서 감쇠에 가장 강한 영향이 가해진다.
이러한 온도 의존성이 어떻게 디지털 송신 시스템에서 문제를 야기할 수 있는지 이해하기 위해, 이하의 예를 고려해야 한다. 누군가 "0(zeros)"의 긴 시퀀스가 선행하는 하나 이상의 연속적인 "1(ones)"을 송신하기를 원한다고 가정하자. 이러한 "0"은 역 바이어스된 다이오드에 대응한다. 전술한 바에 따라, 이것은 특히 변조기의 시작부에서, 큰 온도 증가를 초래한다. 이어서, 전압이 송신된 "1"에 대응하는 낮은 값으로 변화될 때, 다이오드로부터의 광 펄스가 얻어진다. 외부적으로 인가되는 전압의 차이를 나타내는 샤프 플랭크(sharp flank) 대신에, 느린 빌딩 업(building-up) 프로세스가 행해진다. 즉, 어떤 시간 주기 후에만, 구성 요소는 "1"에 대한 광 전력 레벨의 상수값에 접근한다. 이것은 명백하게 송신 매체의 대역폭을 제한한다.
본 발명의 목적은 개선된 성능을 갖는 전기 흡수 변조기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 변조기의 코어에서의 대역 갭의 강한 온도 의존성 때문에 발생하는 문제점이 없는 전기 흡수 변조기를 제공하는 것이다.
이러한 점에서, 본 발명의 특별한 목적은 변조기에 상의 전압이 감소될 때, 광 펄스에 짧은 상승 시간을 제공하는 전기 흡수 변조기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전기 흡수 변조기를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이하의 명세로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 제 1 양상에 따라, 광 변조용의 도파관을 포함하는 유형의 전기 흡수 변조기(EAM)가 제공되는데, 이러한 변조기는 도파관 코어, 도파관 피복 및 전 극을 포함하고, 이 변조기는 전극에 인가되는 전압에 대한 응답으로서 변조기로 론치되는 광을 변조하도록 배치된다. 이 변조기는 광이 입력되려고 하는 변조기의 일부분에서 변조기의 흡수를 감소시키기 위해 폭이 더 작아지는 방식으로 도파관 코어의 폭 및/또는 두께가 변조기의 길이에 따라 변화한다는 특징이 있다.
변조기의 열 의존성, 광 상승 시간을 감소시키기 위해, 이러한 변화는 대부분의 균일한 광 전류 분포 및 그에 따른 온도 분포가 변조기의 길이에 따라 달성되도록 특히 조정된다.
전기 흡수 변조기는 바람직하게는 광 섬유 송신용 디지털 신호의 강도 변조를 위해 사용되도록 배치된다. 이것은 반도체 기판상에 DFB 레이저(분포 귀환형 레이저)와 모놀리식으로 집적될 수 있고, 물질 시스템 InP/InGaAsP, InP/InGaAIAs 또는 GaInAs/AlGaAs 중의 어느 하나를 사용하여 제조될 수 있다.
도파관 코어는 벌크 또는 양자 우물 구조일 수 있고, 도파관은 매립(buried) 도파관 또는 소위 리지(ridge) 도파관으로 형성될 수 있다.
본 발명의 제 2 양상에 따라, 제 1 양상에 따르는 전기 흡수 변조기(EAM)를 제조하는 방법이 제공된다.
변조기의 길이에 따라 변화하는 폭을 갖는 도파관 코어를 제조하기 위해, 소위 테이퍼 사진 석판술 마스크(tapered photolithography masks) 또는 선택적인 에칭이 사용될 수 있다. 양자 우물 구조를 갖는 도파관 코어가 제조되는 경우에, 양자 우물 구조의 비활성의 소위 SCH(분리 제한 헤테로 구조) 층이 선택적으로 에칭될 수 있다.
변조기의 길이에 따라 변화하는 두께를 갖는 도파관 코어를 제조하기 위해, SAE(선택 영역 에피택시) 또는 마스킹 및 에칭을 통해, 도파관 코어를 부분적으로 더 가늘게 만드는 것이 사용될 수 있다.
본 발명의 장점은 강도 변조가 더욱 고속으로 실행될 수 있고, 더 높은 송신 용량을 제공한다는 것이다.
본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명되고, 상기 도면은 설명할 목적으로 제공되고, 따라서 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1은 종래의 기술에 따라 전기 흡수 변조기를 도시하는 횡단면도.
도 2는 5개의 "1"이 후속하는 3개의 "0"으로 이루어진 전기 입력 신호에 대한 응답으로서 도 1의 변조기로부터의 광 출력 신호의 예를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 균일한 도파관 폭을 갖는 공지된 변조기와 변화하는 폭을 갖는 변조기("테이퍼" 구조)에 대한 세로 위치 좌표의 함수로서 단위 길이당 추정된 상대적인 흡수를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 변화하는 도파관 폭을 갖는 전기 흡수 변조기를 제조할 때 소위 BH(매립 헤테로 구조) 프로세스에서의 주요 단계를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 변화하는 도파관 폭을 갖는 전기 흡수 변조기를 제조할 때 선택적인 에칭을 사용하는 프로세스에서의 주요 단계를 도시하는 도면.
이하의 설명에서, 본 발명의 완벽한 이해를 돕기 위해, 제한하고자 하는 것이 아니라 설명할 목적으로, 특별한 응용, 기술 및 방법 등과 같은 특정 상세가 이하에 설정된다. 그러나, 본 발명이 이들 특정 상세에서 벗어나는 다른 버전으로 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다. 다른 예에서, 불필요한 상세로 본 발명의 설명을 불명료하게 하지 않기 위해 널리 공지된 방법, 프로토콜, 장치 또는 회로의 상세한 설명은 생략된다.
도 1을 참조하면, 반도체 물질, 통상적으로 InP/InPGaAsP의 종래의 공지된 EAM 구성 요소(100), 굴절률이 주위의 굴절률보다 높은 i 층이라 칭해지는 벌크 또는 양자 우물 구조의 도파관 코어(101)를 갖는 도파관이 도시되어 있다. 1.3 또는 1.55 ㎛의 파장으로 론치되는 광에 대해, 코어는 일반적으로 벌크 구조에 대해 InPGaAsP와 같은 반도체 물질로 이루어지거나, 양자 우물 구조에 대해 InPGaAsP와 될 수 있는 한 InP의 층으로 이루어질 것이다. 코어는 일반적으로 조금 도핑되거나 전혀 도핑되지 않는다. 코어 상부에는 p 도핑형 InP 층(103)이 있고, 코어 하부에는 n 도핑형 InP 층(105)이 있다. 따라서, 이러한 구조는 p-i-n 다이오드를 구성한다. 대안으로, 상부 층은 n 도핑형이고, 하부 층은 p 도핑형이다.
도파관 코어의 양 측면상에, 도핑되거나 도핑안될 수 있는 InP가 있고(도 1에는 도시안됨), 가장 일반적으로, 이러한 물질은 반 절연(semi-isolating) InP로 이루어진다. 상부 피복 층(103) 상에, 전극(109)이 형성되는 접촉 층(107)이 있다. 반 절연 InP의 층(111)은 예를 들어, 절연 목적으로 전극(109) 앞뒤에서 코어(101) 및 상부 피복 층(103) 사이에 또한 형성될 수 있다. 도파관 코어의 폭은 일반적으로 1 ㎛이다(단일 모드 도파관에 대해).
레이저 광(113)은 도 1에서 왼쪽 측면으로부터 변조기(100)로 론치되고, 변조된 광(115)은 상기 도면에서 변조기로부터 오른쪽으로 출력된다. 변조기를 통한 감쇠는 전극(109)상에 인가되는 전압에 따른다. p-i-n 다이오드가 역 바이어스되는 경우에, i 층상에 강한 전계가 발생한다. 이어서, 이것은 주사된 레이저 광(113)의 많은 부분의 흡수를 초래할 것이다. 이것은 널리 공지되어 있고, 전기 흡수라 불린다. 코어가 벌크 물질로 이루어진 경우에, 현상(phenomenon)은 프란츠 켈디쉬(Franz-Keldysh) 효과라 불리고, 코어가 양자 우물로 이루어진 경우에, 현상은 스타크(Stark) 효과라 불린다.
100 - 300 ㎛의 길이와 0.1 및 0.4 ㎛ 사이의 i 층의 두께(전형적인 값인)의 변조기를 사용하여, 10 - 30 dB의 소광률(extinction ratios)은 2 V 정도의 전압이 전극상에 인가되는 경우에 달성될 수 있다. 소광을 사용하는 것은 "1"이 송신될 때(변조기 전극의 전압이 낮거나 없음) 변조기로부터의 광 출력 전력 및 "0"가 송신될 때(전극 상의 높은 음 전압, 1 이상의 볼트) 광 출력 전력 사이의 상대적 차이를 의미한다.
소광의 값은 입력 광의 광자 및 i 층의 물질의 대역 갭 사이의 에너지의 차이에 따른다. 이러한 차이가 더 작을수록 인가되는 단위 전압당 흡수에서의 변화가 더 커지는 것이 달성된다. 이것은 전기 흡수가 소위 공명하는 물리적 현상이라는 것에 따른다.
이것은 이하의 방법에서 이해될 것이다. i 영역상에 전계를 인가함으로써, 증가되는 흡수를 발생시키는 물질의 대역 갭은 감소되고, 소정의 광 에너지는 대역 갭 에너지보다 더 작아진다. 예를 들어, 1.55 ㎛의 파장의 광(0.8 eV의 광자 에너지에 대응하는)이 변조기에 연결되는 경우에, 0.82 - 0.88 eV의 간격의 대역 갭을 갖는 변조기에서의 i 층이 일반적으로 선택된다.
흡수되는 광은 광 전류를 발생시킨다. 각각의 흡수되는 광자는 홀/전자 쌍을 생성하고, 상기 홀/전자 쌍은 인가되는 전계에서 분리된다. 어떤 홀 및 전자는 접점에 도달하기 전에 재결합할 시간을 갖지 못하지만, 구성 요소가 광 다이오드로서 고려되는 경우에 우물 설계 구성 요소에서, 높은 외부 양자 효율(> 90 %)이 달성된다.
변조기의 시작부에서, 광 전력은 가장 높다. 이것은 역 바이어스가 전극상에 인가될 때, 흡수가 가장 강하다는 것을 의미한다. 이어서, 도파관에서의 광 전력은 제 1 근사 지수에서, 변조기의 최종 부분에서 매우 낮게 되도록 감소한다. 이것은 발생되는 광 전류 밀도가 변조기의 시작부(도 1에서 왼쪽)에서 가장 크다는 것을 지적한다.
이것은 높은 소광률을 얻고, 동시에 많은 양의 광을 EAM 도파관으로 주사하는 것을 원하는 경우에 특히 심각한 문제를 초래할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이유는 국부 가열 때문이다. 수 볼트의 역 바이어스 및 10 - 25 mA의 광 전류(1.55 ㎛ 도파관에 대한 8 - 20 mW의 광 입력 전력에 대응하는, 즉, 이러한 광 전력은 EAM 구성 요소가 동일한 반도체 기판상에 DFB 레이저(분포 귀환형 레이저)와 모놀 리식으로 집적될 때 쉽게 달성된다)를 사용하는 경우에, 도파관의 강하고, 국부 저항 가열이 얻어진다. 발생되는 영역 단위당 가열 전력은 i 층상의 전압 강하에 의해 복합된 국부 광 전류 밀도에 의해 주어진다. 가열은 국부적으로 증가되는 온도를 발생시킨다. 25 ㎛의 긴 도파관 세그먼트에서 1000 K/W 정도의 열 저항을 사용하는 경우에, 켈빈 온도의 10배의 국부 온도 증가가 쉽게 얻어진다. 온도 증가는 광 전류 밀도와 같이 유사한 방법으로(이상적이지 못하지만) 변조기의 길이에 따라 비균일하게 분포될 것이다.
이것은 이하의 예를 연구하여 알 수 있는 디지털 송신 시스템에서 심각한 문제를 만들 수 있다. 누군가 "0"의 긴 시퀀스가 선행하는, 하나 이상의 연속적인 "1"을 송신하기를 원한다. 이러한 "0"는 i 층(강한 흡수가 주어지는)상에 인가되는 많은 역 바이어싱 전압에 대응한다. 상기 추론에 따라, 이것은 특히 변조기의 시작부(도 1의 왼쪽)에서 많은 온도 증가를 초래한다.
전압이 송신된 "1"에 대응하는 낮은 값으로 변화될 때, 도 2에서의 1과 유사한 EAM 구성 요소로부터의 광 출력 펄스가 얻어진다.
도 2는 시간의 함수로서, 변조기에 대한 전기 입력 신호(정사각형) 및 광 출력 신호(마름모)의 예를 도시한다. 본원에서 입력 신호는 5개의 "1"이 후속하는 3개의 "0"으로 이루어진다. 강한 가열이 음 바이어스(-2 V)에서 길이 단위당 강한 흡수에 의해 초래되는 변조기의 시작부에서 발생한다.
외부적으로 인가되는 전압에서의 차이를 나타내는 사프 플랭크(sharp flank) 대신에, 느린 빌딩 업 프로세스가 얻어진다. 어떤 시간 주기 후에만, 구성 요소는 "1"의 광 전력의 상수값에 접근한다. 10 Gb/s의 송신 용량을 갖는 NRZ 변조에 대해, 도면에서의 시간 스케일 주기는 0.2 나노초(nanoseconds)에 대응한다는 것을 주목하라.
이러한 동작의 이유는 전계 강도에 따르는 것을 제외한 흡수 계수가 온도에 또한 강하게 따른다는 것이고, 상기 흡수 계수는 반도체 물질의 대역 갭이 온도 의존형이라는 것에 차례로 따른다. 따라서, "0"의 긴 시퀀스 후에, 흡수는 온도가 더 높고, i 층의 대역 갭이 더 낮기 때문에 인가되는 역 바이어스가 감소되더라도 높게 남아 있는다. 도 2의 정상 상태에 고정(settling)에 대한 시간 상수는 주위의 층 및 도파관의 정밀한 배치에 따른다. 흡수가 매우 작은 영역내에서 발생하기 때문에, 1 ns 보다 작은 시간 상수를 얻는 것이 상당히 가능하다는 것을 쉽게 나타낼 수 있다. 그래도 여전히, 이러한 광 상승 시간은 대역폭을 제한하고, 특히 대단히, 감소시키는 것이 바람직하다.
전술된 바와 같은 문제점을 인식하고, 변조기의 길이에 따라 더 균일한 광 전류 분포 방식으로 활성의 흡수 층에서의 광 제한 요인을 변화시키는 것에 의해, 본 발명의 원리에 따라 전기 흡수 변조기가 달성된다.
그 결과, 국부적으로, 광범위하게 증가되는 온도가 피해지고, 그것에 의해, 더 짧은 광 상승 시간을 갖는 전기 흡수 변조기가 얻어진다.
도파관 코어의 균일한 폭 및 두께를 갖는 것 대신에, 폭 및/또는 두께는 변조기에 따라 변화된다. 광이 주사되는 점에 가장 근접하여(도 1에서 왼쪽), 도파관 코어는 바람직하게 좁고/가늘게 만들어지는 반면에, 광이 도파관 코어로부터 방사 되는 점에 가장 근접하여 도파관 코어는 더 넓고/두껍게 만들어진다.
이러한 배치를 사용하여, 광 제한 요인은 변화되고, 따라서, 흡수이다. 변조기의 시작부에서, 광 제한 요인은 작고, 그것에 의해 흡수 또한 작다. 이것은 변조기가 더 넓고 및/또는 더 두꺼운 경우보다 가열 릴리스가 변조기의 시작부에서 더 작다는 것을 의미한다. 게다가, 광 전력이 흡수 때문에 감소하는 경우에, 변조기의 도파관 코어의 폭 및/또는 두께는 증가되고, 그것에 의해 흡수가 증가된다.
이러한 방법에서, 변조기에 따라 더 균일한 광 전류 분포가 달성되고, 광 주사 점에 가장 근접한 작은 영역내에서 국부적으로 많이 증가되는 온도를 피한다.
EAM 변조기에서의 흡수는 광 제한 요인 및 인가되는 필드 강도에 따른다. 이것은 이하의 결과를 가질 것이다.
도파관 코어의 폭만 변화되는 경우에, 변조기 전극상에 인가되는 전압은 변조기의 길이에 관계없이 변조기의 i 층상에 상대적으로 균일한 전계 강도를 제공할 것이다. 그러나, 필드 강도 및 폭 사이의 어떤 의존성이 증가되는 전기 저항 때문에 존재할 수 있고, 따라서, 도파관이 좁게 만들어지는 경우에 전압은 강하한다. 이러한 상황에서, 원하는 효과가 증가된다.
변조기에 따라 바람직하게 균일한 흡수(따라서 광 전류 분포)를 달성하기 위해, 도파관 코어의 폭은 증가되어, 제한 요인의 증가가 코어에서의 광 전력이 상기 코어에 따라 균일하게 되는 방식으로, 흡수로 인한 광 전력에서의 감소를 완벽하게 보상한다.
도파관의 두께만 변화되는 경우에, i 층상의 필드 강도 또한 변화될 것이다. 가는 도파관 세그먼트는 높은 필드 강도(강한 흡수를 제공하는) 및 낮은 광 제한 요인(약한 흡수를 제공하는)을 달성한다. 다시 말해, 광 제한 요인이 변화된 도파관 두께를 통해 변화되는 경우에, 나타나는 2개의 반작용 효과가 있다.
코어 두께의 함수로서 흡수는 어떤 두께(각각 zero 흡수를 제공하는, 무한으로 작은 두께 및 무한으로 큰 두께의 한계)에 대해 최대값을 갖는다.
변조기에 따라 더욱 균일한 흡수(따라서 광 전류 분포)를 달성하기 위해, 도파관의 두께는 두께가 최대 흡수에 대응하는 두께 보다 더 작은 경우에 변조기 출력에 대하여 증가되어야 한다. 이것은 실제로 가장 통상적인 경우이다.
폭 및/또는 두께의 최적의 변화는 바람직하게 수치적으로 추정될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라, 균일한 도파관 폭을 갖는 종래의 구조 및 변화하는 폭, 소위 테이퍼 구조에 대한 세로 좌표의 함수로서 단위 길이당 추정된 상대적인 흡수를 도시한다. 광은 x = 0에서 주사된다.
도파관은 양자 우물 구조(우물보다 더 큰 대역 갭을 갖는 도핑안된 InGaAsP 장벽에 둘러싸인 InGaAsP의 10개의 도핑안된 양자 우물)로 이루어진다. 이러한 예에서, 변조기는 180 ㎛ 길이이다. 구성 요소는 레벨로 역 바이어스되고, 여기서 물질 흡수는 500 ㎝-1이다. 종래의 구조의 도파관 코어는 0.1 ㎛의 균일한 폭을 갖지만, 본 발명의 테이퍼(즉, 도파관에 따라 변화하는 폭을 갖는) 구조의 도파관 코어는 0.5 - 0.2 ㎛ 까지 선형으로 변화하는 폭을 갖는다. 이러한 예에서, 도파관의 두께는 균일하게 유지된다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 변조기에 따라 흡수의 더욱 더 균일한 즉, 대부분의 균일한 흡수의 분포가 테이퍼 구조로 달성된다. 이것은 더 균일한 온도 분포를 이끌고, 변조기의 시작부에서의 심한 국부 가열을 방지한다.
바람직하게, 본 발명에 따르는 전기 흡수 변조기는 광 섬유 송신용 디지털 신호의 강도 변조에 사용된다. 이것은 단독이거나 레이저 소스와 모놀리식으로 집적될 수 있다.
게다가, EAM 구성 요소가 높은 비트율에 적합되는 경우에, 전기 구동 회로의 등가 저항과 함께 정전 용량은 변조된 광의 상승 및 하강 시간에 영향을 주기 때문에, 이것은 낮은 정전 용량 즉, 짧은 길이로 제조되어야 한다.
변화하는 폭/두께를 갖는 본 발명의 변조기를 제조하는 것은 여러 방법으로 행해질 수 있다. 이하에서, 5개 예의 접근 방법이 도 4 및 5를 참조하여 간단히 논의될 것이다.
제 1 방법은 테이퍼 사진 석판술 마스크를 사용함으로써 변화하는 폭을 갖는 도파관 코어를 제시한다. 도파관 코어는 종래의 석판술 예를 들어, 접촉(contact) 석판술, 투사(projection) 석판술, 전자 빔(E-beam) 석판술 또는 유사하게 연속적인 에칭에 의해 정의된다. 본 발명에 따라, 사용되는 사진 석판술 마스크가 테이퍼되야 하고, 그것에 의해 도파관 코어 또한 테이퍼될 것이다.
프로세스의 주요 단계가 소위 BH 프로세서(매립 헤테로 구조)를 도시하는 도 4에 도시되어 있지만, 본 발명은 예를 들어, 리지 레이저를 제조하는 레이저/변조기 프로세스의 다른 변경된 부문에 또한 응용 가능하다. 도 4는 (Ⅰ) 상기에서 보 는 바와 같은 도파관 코어 마스크, (Ⅱ) 마스킹(masking) 후지만 에칭 전의 Ⅰ에서의 선 A-A 및 B-B를 가로지르는 횡단면도, (Ⅲ) 에칭 후의 동일한 횡단면도 및 (Ⅳ) 완료된 프로세스 후의 동일한 횡단면도를 도시한다. 도면에서, 참조 번호 41은 도파관 코어를 표시하고, 42는 n 도핑형 InP를 표시하고, 43은 p 도핑형 InP를 표시하고, 44는 반 절연 InP를 표시하고, 45는 전극을 표시하고, 46은 마스크를 표시한다.
제 2 방법은 선택적인 에칭에 의해 변화하는 폭을 갖는 도파관 코어를 제시한다. 에칭되지 않는 도파관 세그먼트의 마스킹과 관련하여, 도파관 코어 물질을 에칭하지만 주위 물질을 에칭하지 않는 선택적인 에칭, 바람직하게 웨트(wet) 에칭을 사용함으로써, 상이한 세그먼트에서 상이한 폭을 갖는 도파관이 달성된다. 이것은 도파관 폭에서 개별 단계를 제공하지만, 상이한 길이의 마스크로 여러 번 에칭 단계를 반복함으로써, 도파관 폭의 더욱 연속적인 변화가 달성된다.
도 5는 변화하는 폭을 갖는 도파관을 달성하는 이러한 대안 방법에 따르는 상이한 주요 단계를 도시한다. 따라서, 도면은 (Ⅰ) 상기에서 보는 바와 같은 도파관 마스크, (Ⅱ) 마스킹 후지만 에칭 전의 Ⅰ에서의 선 A-A 및 B-B를 가로지르는 횡단면도, (Ⅲ) 에칭 후의 동일한 횡단면도, (Ⅳ) 선택적인 에칭 후의 동일한 횡단면도 및 (Ⅴ) 완료된 프로세스 후의 동일한 횡단면도를 도시한다. 도면에서, 참조 번호 51은 도파관 코어를 표시하고, 52는 n 도핑형 InP를 표시하고, 53은 p 도핑형 InP를 표시하고, 54는 반 절연 InP를 표시하고, 55는 전극을 표시하고, 56은 도파관 마스크를 표시하고, 57은 선택적인 에칭용 마스크를 표시한다.
제 3 방법은 비활성의 SCH(분리 제한 헤테로 구조) 층 즉, 특히 양자 우물 구조에서 사용된 광 제한 요인에 작업으로서 영향을 주어야 하는 도파관의 층을 선택적으로 에칭함으로써 변화하는 폭을 갖는 도파관 코어를 제시한다.
제 4 방법은 SAG(선택 영역 에피택시)를 사용함으로써, 변화하고 테이퍼 두께를 갖는 도파관 코어를 제시한다. 예를 들어 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물의 마스크가 도파관 코어의 에피택시 전에 구조물 상에 위치된다. 성장률(rate of growth) 그에 따른 도파관 코어 층, i 층의 두께는 마스크에서의 거리에 따른다. 마스크의 적합한 설계를 사용하여, 테이퍼 두께를 갖는 층이 달성된다.
제 5 방법은 코어 층을 부분적으로 더 가늘게 만듦으로써, 테이퍼 두께를 갖는 도파관 코어를 제시한다. 변화하는 두께는 층이 가늘어져야 하는 영역내에서 코어 층을 더 가늘게 만듦으로써(마스킹 및 에칭을 사용하여), 달성된다. 이것은 코어 층 두께에서 개별 단계를 제공하지만, 상이한 마스크로 단계를 여러 번 반복하는 것을 통해, 도파관 코어 두께의 더욱 연속적인 변화를 달성할 수 있다.
전술된 방법의 두개 이상의 결합이 또한 명백하게 응용 가능하다.
본 발명은 전술되고 도면에 도시된 바와 같은 실시예에 명백히 제한되지 않지만, 첨부한 청구범위의 유효 범위내에서 변경될 수 있다. 특히, 본 발명은 전기 흡수 변조기의 제조 방법, 치수 또는 물질에 대하여 명백하게 제한되지 않는다.

Claims (23)

  1. 도파관 코어, 도파관 피복(42, 43, 52, 53) 및 전극(45, 55)을 포함하는 광 변조용 도파관 형의 전기 흡수 변조기(EAM)로서, 전극상에 인가되는 전압에 대한 응답으로서, 변조기로 론치되는 광을 변조하도록 배치되는 전기 흡수 변조기(EAM)에 있어서,
    도파관 코어(41, 51)의 폭은 광이 입력되는 변조기의 일부분에서 폭이 변조기의 흡수를 감소시키기 위해, 더 작아지는 방식으로 변조기의 길이에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    변화는 변조기의 열 의존성, 광 상승 시간을 감소시키기 위해, 변조기의 길이에 따라 대부분의 균일한 온도 분포 및 그에 따른 광 전류 분포를 산출하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    광 섬유 송신용 디지털 신호의 강도 변조를 위해 사용되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    반도체 기판상에 적어도 하나의 DFB(분포 귀환형) 레이저와 모놀리식으로 집적되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    물질 InP/InGaAsP, InP/InGaAIAs 또는 GaInAs/AlGaAs 중 어느 하나로 적어도 부분적으로 제조되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도파관 코어는 벌크 또는 양자 우물 구조인 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도파관은 매립 도파관 또는 리지 도파관으로 설계되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기.
  8. 도파관 코어, 도파관 피복(42, 43, 52, 53) 및 전극(45, 55)을 포함하는 광 변조용 도파관 형의 전기 흡수 변조기(EAM)로서, 전극상에 인가되는 전압에 대한 응답으로서, 변조기로 론치되는 광을 변조하도록 배치되는 전기 흡수 변조기(EAM)에 있어서,
    도파관 코어(41, 51)의 두께는 광이 입력되는 변조기의 일부분에서 두께가 변조기의 흡수를 감소시키기 위해, 더 작아지는 방식으로 변조기의 길이에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기(EAM).
  9. 제 8 항에 있어서,
    변화는 변조기의 열 의존성, 광 상승 시간을 감소시키기 위해, 변조기의 길이에 따라 대부분의 균일한 온도 분포 및 그에 따른 광 전류 분포를 산출하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기.
  10. 도파관 코어, 도파관 피복(42, 43, 52, 53) 및 전극(45, 55)을 포함하는 광 변조용 도파관을 포함하는 형의 전기 흡수 변조기(EAM)를 제조하는 방법으로서, 전극상에 인가되는 전압에 대한 응답으로서, 변조기로 론치되는 광을 변조하도록 배치되는 전기 흡수 변조기를 제조하는 방법에 있어서,
    더 작은 폭이 광이 입력되는 변조기의 일부분에서 변조기의 흡수를 감소시키기 위해, 얻어지는 방식으로 변조기의 길이에 따라 변화하는 폭을 갖는 변조기를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기(EAM) 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 도파관 코어는 하나 이상의 소위 테이퍼 사진 석판술 마스크(46)를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 도파관 코어는 연속적으로 변화하는 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 도파관 코어는 선택적인 에칭을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기 제조 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 도파관 코어는 비활성의 소위 SCH(분리 제한 헤테로 구조) 층의 선택적인 에칭을 사용하여 양자 우물 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기 제조 방법.
  15. 도파관 코어, 도파관 피복(42, 43, 52, 53) 및 전극(45, 55)을 포함하는 광 변조용 도파관 형의 전기 흡수 변조기(EAM)를 제조하는 방법으로서, 변조기가 전극상에 인가되는 전압에 대한 응답으로서, 변조기로 론치되는 광을 변조하도록 배치되는 전기 흡수 변조기를 제조하는 방법에 있어서,
    더 작은 두께가 광이 입력되는 변조기의 일부분에서 변조기의 흡수를 감소시키기 위해, 얻어지는 방식으로 변조기의 길이에 따라 변화하는 두께를 갖는 변조기를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기(EAM) 제조 방 법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 도파관 코어는 SAE(선택 영역 에피택시)를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 도파관 코어는 연속적으로 변화하는 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기 제조 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    마스킹 및 에칭을 통해 더 작은 도파관 코어의 두께를 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기 제조 방법.
  19. 제 10 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,
    변조기의 열 의존성, 광 상승 시간을 감소시키기 위해, 변화를 형성하여, 변조기의 길이에 따라 대부분의 균일한 온도 분포 및 그에 따른 광 전류 분포가 달성되는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기 제조 방법.
  20. 제 10 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,
    반도체 기판상에 적어도 하나의 DFB(분포 귀환형) 레이저와 모놀리식으로 집적되는 변조기를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기 제조 방법.
  21. 제 10 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,
    물질 InP/InGaAsP, InP/InGaAIAs 또는 GaInAs/AlGaAs중 어느 하나를 적어도 부분적으로 사용하여 변조기를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기 제조 방법.
  22. 제 10 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,
    벌크 또는 양자 우물 구조의 도파관 코어를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기 제조 방법.
  23. 제 10 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,
    매립 도파관 또는 리지 도파관으로 도파관을 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 흡수 변조기 제조 방법.
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