KR101062574B1 - 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

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마리오 제이 파니시아
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Abstract

본 명세서에는 혼성 에바네슨트 레이저를 전기적으로 펌핑하는 장치 및 방법이 개시되었다. 예를 들어, 장치는 실리콘 내에 배치된 광학적 도파관을 포함한다. 액티브 반도체 재료는 광학적 도파관과 액티브 반도체 재료 사이의 에바네슨트 커플링 인터페이스를 형성하는 광학적 도파관에 대해 배치되어, 광학적 모드가 광학적 도파관 및 액티브 반도체 재료 모두와 오버랩하는 광학적 도파관에 의해 가이드되도록 한다. 전류 주입 경로는 액티브 반도체 재료를 통해 형성되고 적어도 부분적으로 광학적 모드와 오버랩하여, 광이 적어도 부분적으로 광학적 모드에 오버랩하는 전류 주입 경로를 따른 전류 주입에 응답하는 액티브 반도체 재료의 전기적 펌핑에 응답하여 생성되도록 한다.

Description

장치, 시스템 및 방법{ELECTRICALLY PUMPED SEMICONDUCTOR EVANESCENT LASER}
본 발명은 국방부에 의해 인정된, 정부 산하의 계약 번호 W911NF-05-1-0175가 주어졌다. 정부는 본 발명에 대해 소정의 권한을 갖는다.
본 발명은 일반적으로 광학에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 본 발명은 광학적 상호접속 및 통신에 관한 것이다.
인터넷 데이터 트래픽 성장 속도가 음성 트래픽을 넘어서 섬유 광학 통신을 필요로 함에 따라, 빠르고 효율적인 광-기반의 기술에 대한 필요성이 증가하고 있다. DWDM(dense wavelength-division multiplexing) 시스템 및 기가비트(GB) 이더넷 시스템에서 동일한 섬유를 통한 복수의 광학적 채널의 전송은 섬유 광학장치에 의해 제공되는 전례없는 용량(신호 대역폭)을 사용하기 위한 단순한 방식을 제공한다. 이러한 시스템에서 일반적으로 사용되는 광학적 구성요소는 파장 분할 멀티플렉스된(WDM) 송신기 및 수신기와, 회절 그레이팅과 같은 광학 필터와, 박막 필터와, 섬유 브래그 그레이팅과, 어레이-도파관 그레이팅과, 광학적 추가/드롭 멀티플렉서와, 레이저를 포함한다.
레이저는, 자극 방출을 통해 광을 발광할 수 있고, 적외선에서부터 자외선에 이르는 범위의 주파수 스펙트럼을 갖는 간섭성 광선을 생성하는 잘 알려진 디바이스이며, 거대한 애플리케이션 어레이 내에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 광학적 통신 또는 네트워킹 애플리케이션에서, 반도체 레이저는 데이터 또는 다른 정보가 인코딩되고 전송될 수 있는 광 또는 광선을 생성하는 데에 사용될 수 있다.
광학 통신에 사용되는 추가적인 디바이스는 광대역 DWDM 네트워킹 시스템 및 기가비트(GB) 이더넷 시스템에서 중요한 구성요소인 광학적 송신기를 포함한다. 현재, 대부분의 광학적 송신기는 외부 변조기와 결합된 또는 일부 경우에서 직접 변조된 레이저와 결합된 다수의 고정 파장 레이저에 기초한다. 레이저로부터 생성된 광이 변조된 후, 이것은 외부 멀티플렉서를 통해 멀티플렉싱된 다음 광섬유 네트워크로 전송되며, 이는 또한 광섬유 네트워크에서 광학적 스위치에 의해 증폭 또는 다이렉팅되거나 증폭 및 다이렉팅될 수 있다. 전형적으로 레이저는 고정된 파장을 생성하기 때문에, 개별적인 레이저 및 변조기가 각각의 전송 채널에 사용된다. 그러나, 레이저 및 관련된 구성요소의 생산 비용은 매우 높고, 전송될 각각의 광의 파장에 대해 개별적인 구성요소를 사용하는 것은 비용이 높고 효율적이지 않을 수 있다.
도 1a는 본 발명의 내용에 따라 반사기를 포함하는 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트(evanescent) 레이저의 일반적인 일례를 도시한 도면.
도 1b는 본 발명의 내용에 따라 링 공진기를 포함하는 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저의 일반적인 일례를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 내용에 따른 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저의 일반적인 일례를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 내용에 따른 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저의 일반적인 일례를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 내용에 따른 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저의 일반적인 일례를 도시한 다른 단면도.
도 5는 본 발명의 내용에 따른 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저의 일반적인 일례를 도시한 또 다른 단면도.
도 6은 본 발명의 내용에 따른 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저의 일반적인 일례를 도시한 또 다른 단면도.
도 7은 본 발명의 내용에 따른 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저의 일반적인 일례를 도시한 또 다른 단면도.
도 8은 본 발명의 내용에 따른 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저의 일반적인 일례를 도시한 또 다른 단면도.
도 9는 본 발명의 내용에 따른 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저의 일반적인 일례를 도시한 다른 단면도.
도 10은 본 발명의 내용에 따른 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저의 일반적인 일례를 도시한 또 다른 단면도.
도 11은 본 발명의 내용에 따른 전기적으로 펌핑된 혼성 본딩된 멀티-파장 레이저의 어레이 및 집적된 반도체 변조기를 갖는 초고용량의 송신기-수신기를 포함하는 예시적인 시스템을 일반적으로 도시한 도면.
본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하여 제한이 아닌 예시적인 방식으로 설명된다.
전기적으로 펌핑된 혼성 반도체 에바네슨트 레이저 어레이를 제공하는 방법 및 장치가 개시되었다. 아래의 설명에서 본 발명에 대한 철저한 이해를 제공하도록 다수의 특정한 세부사항들이 설정되었다. 그러나, 이러한 특정한 세부사항이 본 발명을 실시하는 데에 사용될 필요가 없음이 당업자에게는 명백할 것이다. 다른 예시에서, 잘 알려진 재료 또는 방법은 본 발명을 불필요하게 흐리지 않도록 상세하게 기술되지 않았다.
본 명세서 전반에 걸쳐 지칭하는 "일 실시예" 또는 "실시예"는 이러한 실시예와 관련하여 기술된 구체적인 특성, 구조 또는 특징이 본 발명의 적어도 일 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서에 전반에 걸쳐 다수 등장하는 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 구절이 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 구체적인 특성, 구조 또는 특징은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 또한, 본 명세서와 함께 제공된 도면은 당업자에게 예시적인 것이며 이것이 반드시 실제 축적대로 도시된 것은 아님을 이해 할 것이다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 내용에 따라 패시브 반도체 재료에 에바네슨트 커플링된(evanescently coupled) 액티브 이득 매체 재료를 포함하는 전기적으로 펌핑된 혼성 반도체 에바네슨트 레이저(101)의 일반적인 예시를 도시한 도면이다. 도시된 예시에서 볼 수 있는 바와 같이, 레이저(101)는 반도체 재료(103)의 단일 층으로부터 광선(119)을 제공한다. 도시된 바와 같이, 반도체 재료(103)의 단일 층은 예로서 실리콘-온-절연체(SOI: silicon-on-insulator) 웨이퍼의 실리콘 층과 같은 실리콘 패시브 층이다. 도시된 예시에서, 광선(119)은 주로 레이저(101)의 이득 및 공동 반사 분광 폭(cavity reflection spectral width)에 의해 결정되는 레이저 분광 폭을 갖는 레이저 출력이다. 도시된 바와 같이, 레이저(101)는 반도체 재료(103)의 단일 층 내에 배치된 광학적 도파관(105)을 포함한다. 도시된 예시에서, 광학적 도파관(105)은 실리콘 립(rib) 도파관, 스트립 도파관, 또는 본 발명의 내용에 따른 반도체 재료(103)의 단일 층 내에 배치된 다른 적절한 유형의 광학적 도파관일 수 있다.
도 1a에 도시된 예시에서, 광학적 도파관(105)은 반사기(107, 109) 사이의 도파관을 따라 형성된 광학적 공동(127)을 포함한다. 다양한 예시에서, 반사기(107, 109)는 반도체 재료(103) 내의 하나 이상의 그레이팅(grating), 반도체 재료(103)의 파싯(facet) 상의 반사 코팅, 또는 본 발명의 내용에 따라 광학적 도파관(105) 내의 광학적 공동을 형성하기 위한 다른 적절한 기술을 포함할 수 있다. 다른 예시에서, 도 1b에 도시된 예시에서와 같이, 레이저(101)는 반도체 재료(103) 내에 배치된 링(ring) 광학적 도파관(120)을 포함하며, 본 발명의 내용에 따라 광학적 도파관(105)을 따라 광학적 공동을 형성하도록 광학적 도파관(105)에 광학적으로 커플링된다. 광학적 공동이 반사기(107, 109)를 포함하는 도 1a에 도시된 예시에서, 링 공진기(120)는 포함되지 않는다. 광학적 공동이 링 공진기(120)를 포함하는 도 1b에 도시된 예시에서, 반사기(107, 109)는 포함되지 않는다.
도시된 예시들에서 알 수 있는 바와 같이, 이득 매체 재료(123)와 같은 액티브 반도체 재료는 광학적 도파관(105) 위에 배치되며 광학적 도파관(105)을 가로질러 반도체 재료(103)의 단일 층에 에바네슨트 커플링된다. 본 발명의 목적을 위해, 액티브 이득 매체 재료 또는 액티브 반도체 재료는 전류 주입 또는 전류 펌핑 등에 응답하여 광을 방출하는 재료로서 이해될 수 있다. 따라서, 도시된 예시에서, 이득 매체 재료(123)는 본 발명의 내용에 따라 전기적으로 펌핑된 발광층일 수 있다. 다른 예시에서, 복수의 레이저를 형성하도록 반도체 재료(103)의 단일 층 내에 배치된 하나 이상의 광학적 도파관(105)이 존재할 수 있다. 일 예시에서, 이득 매체 재료(123)는 InP, AlGaInAs, InGaAs, 및/또는 InP/InGaAsP과 같은 Ⅲ-Ⅴ 반도체 재료를 포함하는 Ⅲ-Ⅴ 반도체 바(bar), 및/또는 본 발명의 내용에 따른 적절한 두께 및 도핑 농도에서의 다른 적절한 재료들과 그들의 조합물인 액티브 반도체 재료이다. 특히, 이득 매체 재료(123)는 SOI 웨이퍼의 실리콘 층 내의 하나 이상의 광학적 도파관의 "상단"을 가로질러 에피택셜 성장되거나, 플립 칩 본딩 또는 웨이퍼 본딩된 오프셋 복수의 양자 우물(MQW) 영역 이득 칩이다. 그 결과, 하나 이상의 Ⅲ-Ⅴ 레이저가 광학적 도파관(105)을 따라 형성된 이득 매체-반도체 재료 인터페이스를 갖고 형성된다. 도시된 바와 같이 하나 이상의 광학적 도파관(105)을 가로질러 본딩된 이득 매체 재료(123)를 본딩하는 것과 관련된 정렬 문제가 존재하지 않기 때문에, 본 발명의 내용에 따른 하나 이상의 레이저(101)는 예로서 VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) 등과 같은 이산의 개별적인 레이저 부착 및 정렬 비용의 일부로 제공 및 제조된다.
도 1a 및 1b에 도시된 예시에서, 전기 펌프 회로(161)는 본 발명의 내용에 따라 레이저(101)의 동작 동안 이득 매체를 전기 펌핑하도록 이득 매체 재료(123)에 커플링된다. 일 예시에서, 전기 펌프 회로(161)는 반도체 재료(103)의 단일 층 내에 직접적으로 집적될 수 있다. 예를 들어, 일례에서, 반도체 재료(103)의 단일 층은 실리콘이며 전기 펌프 회로(161)는 실리콘 내에 직접 집적될 수 있다. 다른 예시에서, 전기 펌프 회로(161)는 반도체 재료(103)의 단일 층에 대한 외부 회로일 수 있다.
아래에서 논의되는 바와 같이, 일 예시에서 전기 펌프 회로(161)는 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이 이득 매체 재료(123)에 커플링되어 주입 전류가 이득 매체 재료(123)의 액티브 재료 내로 주입되며, 그 결과, 전류 주입 경로는 이득 매체 재료(123)를 통해 형성되고 광학적 공동(127) 내의 광선의 광학적 모드 또는 광학적 경로에 오버랩되거나 또는 적어도 부분적으로 오버랩된다. 그 결과, 본 발명의 내용에 따라, 광선(119)의 광학적 모드에 오버랩되거나 적어도 부분적으로 오버랩되는 전류 주입 경로에 따른 전류 주입에 응답하는 이득 매체 재료(123)의 전기 펌핑에 따라, 광학적 공동(127) 내에 광이 생성된다. 개시된 바와 같은 레이저(101)에서, 광학적 모드는 이득 매체 재료(123)의 액티브 영역으로부터 전기적으로 펌핑된 이득을 획득하는 동시에 본 발명의 내용에 따른 패시브 반도체 재료(103)의 광학적 도파관(105)에 의해 가이딩된다.
다른 예시에서, 전기 펌프 회로(161)는 본 발명의 내용에 따라 도 1a 및 1b에서 도시된 바와 같이 이러한 전류 주입 경로의 적어도 일부분이 반도체 재료(103)의 단일 층 내의 광학적 도파관(105)을 통과할 수 있도록 반도체 재료(103)의 패시브 재료에 커플링될 수 있다. 이러한 예시에서, 전류 주입 경로는 본 발명의 내용에 따라 단일 층 반도체 재료(103)와 이득 매체 재료(123) 사이의 에바네슨트 커플링뿐 아니라 광학적 도파관(105) 내의 반도체 재료(103)의 패시브 재료를 통과한다.
일 예시에서, 특정 파장을 갖는 광은 도 1a의 반사기(107, 109) 사이에서 앞뒤로 반사되어 특정 파장에서 광학적 공동(127) 내에 레이징(lasing)이 발생하도록 한다. 다른 예시에서, 특정 파장을 갖는 광이 도 1b의 링 공진기(120) 내에서 공진되어 특정 파장에서 링 공진기(120) 내에 레이징이 발생하도록 한다. 본 발명의 내용에 따른 다양한 예시에서, 광학적 공동(127)에서 레이징이 발생하는 특정 파장은 반사기(107) 및/또는 반사기(109)에 의해 반사된 광의 파장, 또는 링 공진기(120) 내에서 공진된 광의 파장에 의해 결정된다.
도 2는 본 발명의 내용에 따른 예시적인 레이저(201)를 일반적으로 도시한 단면도이다. 일 예시에서, 레이저(201)는 도 1a 또는 1b에 도시된 레이저(101)에 대응할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저(201)는 단일 반도체 층(203) 및 단일 반도체 층(203)과 기판 층(231) 사이에 배치된 내장 산화물 층(229)을 포함하는 SOI 웨이퍼 내에 집적된다. 일 예시에서, 단일 반도체 층(203) 및 기판 층(231)은 패시브 실리콘으로 제조된다. 도시된 바와 같이, 광학적 도파관(205)은 광선(219)이 통과하는 단일 반도체 층(203) 내에 배치된다. 도 2에 도시된 예시에서, 광학적 도파관(205)은 립 도파관, 스트립 도파관 또는 다른 도파관이며, 광학적 공동(227)은 반사기(207)와 반사기(209) 사이에 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 반사기(207, 209)는 본 발명의 내용에 따른 일 예시에서 브래그(Bragg) 반사기이다.
도 1a 또는 1b의 이득 매체 재료(123)와 유사하게, 이득 매체 재료(223)는 광학적 도파관(205)의 "상단"을 가로지르고 광학적 도파관(205)과 결합하는, 도 2에 도시된 바와 같은 반도체 재료(203)의 단일 층의 "상단" 상에서 에피택셜 성장되거나 본딩된다. 그 결과, 광학적 도파관(205)을 따르는 광선의 전파의 방향에 평행하게, 광학적 도파관(205)을 따르는 이득 매체-반도체 재료 인터페이스(233)가 존재한다. 일례에서, 이득 매체-반도체 재료 인터페이스(233)는 액티브 이득 매체 재료(233)와 광학적 도파관(205)의 반도체 재료(203) 사이의 본딩 인터페이스를 포함할 수 있는 에바네슨트 커플링 인터페이스이다. 예를 들어, 이러한 본딩 인터페이스는 얇은 SiO2 층 또는 다른 적절한 본딩 인터페이스 재료를 포함할 수 있다. 일례에서, 이득 매체 재료(233)는 액티브 Ⅲ-Ⅴ 이득 매체이며, 광학적 도파관(205)과 이득 매체 재료(233) 사이의 이득 매체-반도체 재료 인터페이스(233) 사이에서 에바네슨트 광학적 커플링이 존재한다. 광학적 도파관(205)의 도파관 크기에 의존하여, 광선(219)의 광학적 모드의 일부는 Ⅲ-Ⅴ 이득 매체 재료(223) 내에 존재하고 광선(219)의 광학적 모드의 일부는 광학적 도파관(205) 내부에 존재한다. 일례에서 이득 매체 재료(223)는 광학적 공동(227) 내에서 광을 생성하도록 전기적으로 펌핑된다.
이득 매체 재료(223)가 MQW와 같은 액티브 재료를 포함하고, 반사기 또는 미러와 같은 그레이팅 기반의 패시브 실리콘 도파관을 갖는 예시에서, 본 발명의 내용에 따라 광학적 공동(227) 내에서 레이징(lasing)이 획득된다. 도 2에서, 레이징은 Ⅲ-Ⅴ이득 매체(223)를 갖는 광학적 공동(227) 내의 반사기(207, 209) 사이에서 앞뒤로 반사되는 광선(219)으로 도시되었다. 도시된 예시에서, 반사기(209)는 부분적으로 반사되어 본 발명의 내용에 따라 도 2의 우측 상에서 출력된다. 일례에서, 레이저(201)는 광대역 레이저이며, 따라서 반사기(207, 209)는 광학적 공동(227)에 대한 브래그 그레이팅 또는 좁은 대역 반사기일 필요가 없으므로 본 발명에 따라 제조 복잡도를 크게 감소시킨다. 일례에서, 레이징은 120mA의 임계치와, 9.6%의 서로 다른 양자 효율을 갖는 15℃에서의 3.8mW의 최대 출력 전력을 갖는 것으로 예시된다. 일례에서 레이저(201)는 63K 특성 온도를 갖고 적어도 80℃에서 동작한다.
도 3은 본 발명의 내용에 따라 도 1a, 1b 또는 2와 관련하여 상기에서 도시되고 기술된 레이저들 중 하나에 상응할 수 있는, 전기적으로 펌핑된 혼성 반도체 에바네슨트 레이저(301)의 일례를 일반적으로 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, SOI 웨이퍼는 이것에 포함되는 반도체 재료(303)의 단일 층과 반도체 기판(331) 사이에 배치된 내장 산화층(329)을 구비한다. 다른 예시에서, 층(329)은 본 발명의 내용에 따라 내장 질화물 층 또는 실리콘 질소 산화물 층 또는 그외의 적절한 유형의 재료와 같은 서로 다른 재료를 포함할 수 있다. 도시된 예시에서, 실리콘 립 도파관(305)은 반도체 재료(303)의 단일 층 내에 배치된다.
도 3에 도시된 예시에 연속하여, 이득 매체 재료(323)가 에바네슨트 커플링(333)을 형성하는 광학적 도파관(305)의 상단에 본딩된다. 이득 매체 재료(323)와 광학적 도파관(305) 사이의 에바네슨트 커플링(333)을 사용하게 되면, 광학적 도파관(305)의 크기에 의존하여 광학적 모드(319)의 일부는 광학적 도파관(305)의 립 영역 내부에 존재하고 광학적 모드(319)의 일부는 이득 매체 재료(323) 내부에 존재하는 것으로 도시된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이득 매체 재료(323)의 일례는 P-층(325), 액티브 층(326) 및 반도체 재료(303)의 단일 층의 N-실리콘에 본딩된 N-Ⅲ-Ⅴ층(328)을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ반도체 재료이다. 일례에서, 이득 매체 재료(323)는 InP 또는 다른 적합한 Ⅲ-Ⅴ 재료를 포함한다. 일례에서, P-층(325)은 도 3의 예시에 도시된 바와 같이 P-쿼터내리(quaternary) 층(328), P-클래딩 층(330) 및 P-분리 제한 헤테로구조(SCH)(332)를 포함한다. 일례에서, 액티브 층(326)은 MQW 재료를 포함한다. 도시된 예시에서, 이득 매체 재료(323)는 본 발명의 내용에 따라 광학적 도파관(305)의 립 영역에 본딩되고 결합시킨다. 도시된 바와 같이, 콘택트(341)는 또한 이득 매체 재료(323)로 커플링된다.
도 3에 도시된 예시에서, 본 발명의 내용에 따라 레이저(301)를 동작하고 전기적으로 펌핑하도록 전류 주입이 광학적 도파관의 실리콘을 통해 수행되는 전도성 본드 설계가 도시되었다. 이러한 식으로, 실리콘 립 도파관(305)은 n-형 도핑을 포함한다. 도시된 예시에서, 콘택트(343, 345)는 광학적 도파관(305)의 슬랩(slab) 영역의 외부 부분에 커플링된다. 도 3의 설명은 콘택트(343, 345)를 통해 반도체 층(303)의 N-도핑된 실리콘을 통과하여 액티브 층(326)으로 주입되는 전자 및 콘택트(341)를 통해 P-층(325)을 통과하여 액티브 층(326)으로 주입되는 홀의 일례를 도시한다. 도 3에 도시된 예시에서, 전자는 e-로서 도시되었고 홀은 h+로서 도시되었다. 따라서, 전류 주입 경로는 이득 매체 재료(323)의 액티브 층(326)을 통해 콘택트(341, 343, 345) 사이에서 형성되며 도 3의 예시에 도시된 바와 같이 광학적 모드(319)에 오버랩되거나 또는 적어도 부분적으로 오버랩된다. 따라서, 광은 본 발명의 내용에 따라 광학적 빔(319)의 광학적 모드에 오버랩되거나 적어도 부분적으로 오버랩되는 전류 주입 경로에 따른 전류 주입에 응답하여 이득 매체 재료(323)의 전기적인 펌핑에 응답해 생성된다.
수평 방향에서의 이득 매체 재료(323)의 Ⅲ-Ⅴ 영역의 대칭성으로 인해 이득 매체 재료 웨이퍼와 광학적 도파관(305) 사이에는 본딩에 앞선 정렬 단계가 필요치 않다. 따라서, 패시브 반도체 도파관 섹션으로 자가정렬되는 실리콘 웨이퍼 상의 전기적으로 펌핑된 소스의 큰 스케일의 광학적 집적화가 본 발명의 내용에 따라 제공되며, 이는 레이저 및 패시브 도파관 모두가 SOI 에칭과 호환가능한 동일한 상호적 금속 산화물 반도체(CMOS)를 사용하여 형성될 수 있기 때문이다.
도 3에 도시된 예시에서, 콘택트(343, 345)는 패시브 N-Si 반도체 층(303)에 커플링되어 전류 주입 경로의 일부가 에바네슨트 커플링 인터페이스(333) 및 패시브 반도체 재료(303)를 통해 형성된다. 다른 예시에서, 콘택트(343, 345)는 이득 매체 재료(323)에 커플링되어, 전체 전류 주입 경로가 에바네슨트 커플링 인터페이스(333)를 통과하지 않으며 따라서 이득 매체 재료(323) 내에 남아있도록 할 수 있다.
설명을 위해, 도 4는 전체 전류 주입 경로가 이득 매체 재료에 남아있는 본 발명의 내용에 따른 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저(401)의 다른 예시를 일반적으로 도시한 다른 단면도이다. 도 4의 레이저(401)는 본 발명의 내용에 따른 도 1a, 1b 또는 2와 관련하여 도시되고 전술된 레이저 중 하나에 상응할 수 있다. 도시된 바와 같이, SOI 웨이퍼는 반도체 재료(403)의 단일 층과 SOI 웨이퍼의 반도체 기판(431) 사이에 배치된 내장 산화물 층(429)을 구비한다. 도시된 예시에서, 실리콘 립 도파관(405)은 반도체 재료(403)의 단일 층 내에 배치된다. 이득 매체 재료(423)는 에바네슨트 커플링(433)을 형성하는 광학적 도파관(405)의 상단 상에 본딩된다. 이득 매체 재료(423)와 광학적 도파관(405) 사이의 에바네슨트 커플링(433)을 사용하게 되면, 광학적 도파관(405)의 크기에 따라서, 광학적 모드(419)의 일부는 광학적 도파관(405)의 립 영역 내부에 존재하고, 광학적 모드(419)의 일부는 이득 매체 재료(423) 내부에 존재하는 것으로 도시된다.
도 4에 도시된 예시에서, 이득 매체 재료(423)의 일례는 P-층(425), 액티브 층(426) 및 반도체 재료(403)의 단일 층의 N-실리콘에 본딩된 N-Ⅲ-Ⅴ층(428)을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ반도체 재료이다. 일례에서, 이득 매체 재료(423)는 InP 또는 다른 적합한 Ⅲ-Ⅴ 재료를 포함한다. 일례에서, P-층(425)은 P-쿼터내리(quaternary) 층(428), P-클래딩 층(430) 및 P-SCH 층(432)을 포함한다. 일례에서, 액티브 층(426)은 MQW 재료를 포함한다. 도시된 예시에서, 이득 매체 재료(423)는 본 발명 의 내용에 따라 광학적 도파관(405)의 립 영역에 본딩되고 결합시킨다. 도시된 바와 같이, 콘택트(441)는 또한 이득 매체 재료(423)로 커플링된다.
도 4에 도시된 예시에서, 콘택트(443, 445)는 도 3의 레이저(301)와 비교하였을 때, 광학적 도파관(305)의 슬랩 영역의 외부 부분 대신 이득 매체 재료(423)의 N-Ⅲ-Ⅴ층(428)으로 직접 커플링된다. 이러한 식으로, 도 4에 도시된 예는 전자가 콘택트(443, 445)를 통해 N-Ⅲ-Ⅴ층(428)을 통하여 주입되고, 홀이 콘택트(441)를 통해 P-층(425)을 통하여 액티브 층(426)으로 주입됨을 도시한다. 따라서, 전류 주입 경로는 이득 매체 재료(423)의 액티브 층(426)을 통해 콘택트(441, 443, 445) 사이에서 형성되며 도 4의 예시에 도시된 바와 같이 광학적 모드(419)에 오버랩되거나 또는 적어도 부분적으로 오버랩된다. 따라서, 광은 본 발명의 내용에 따라 광학적 빔(419)의 광학적 모드에 오버랩되거나 적어도 부분적으로 오버랩되는 전류 주입 경로에 따른 전류 주입에 응답하여 이득 매체 재료(423)의 전기적인 펌핑에 응답해 생성된다. 도 4에 도시된 예시에서, 이득 매체 재료(423)의 N-Ⅲ-Ⅴ층(428)으로 직접 커플링되는 콘택트(443, 445)를 사용하여, 전류 주입 경로는 에바네슨트 커플링 인터페이스(433)를 통과하지 않고, 따라서 이득 매체 재료(423) 내에 남아있게 된다.
도 3 및 4에 도시된 예시에서, 광학적 도파관(305, 405) 모두 립 도파관으로서 도시되었다. 다른 예시에서, 본 발명의 내용에 따라 다른 적절한 유형의 광학적 도파관 또한 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 다른 예시에서,스트립 도파관이 사용될 수도 있다. 설명을 위해, 도 5는 스트립 도파관이 포함된 본 발명의 내용에 따른 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저(501)의 다른 예시를 일반적으로 도시한 또 다른 단면도이다. 도 5의 레이저(501)는 본 발명의 내용에 따른 도 1a, 1b 또는 2와 관련하여 도시되고 전술된 레이저들 중 하나에 상응할 수 있다.
도시된 예시에서 볼 수 있는 바와 같이, SOI 웨이퍼는 반도체 재료(503)의 단일 층과 SOI 웨이퍼의 반도체 기판(531) 사이에 배치된 내장 산화물 층(529)을 구비한다. 도시된 예시에서, 실리콘 스트립 도파관(505)은 반도체 재료(503)의 단일 층 내에 배치된다. 이득 매체 재료(523)는 에바네슨트 커플링(533)을 형성하는 스트립 도파관(505)의 상단 상에 본딩된다. 이득 매체 재료(523)와 광학적 도파관(505) 사이의 에바네슨트 커플링(533)을 사용하게 되면, 광학적 도파관(505)의 크기에 따라서, 광학적 모드(519)의 일부는 광학적 도파관(505) 내부에 존재하며 광학적 모드(519)의 일부는 이득 매체 재료(523)의 내부에 존재하는 것으로 도시된다.
도 5에 도시된 예시에서, 이득 매체 재료(523)의 일례는 P-층(525), 액티브 층(526) 및 반도체 재료(503)의 단일 층의 N-실리콘에 본딩된 N-Ⅲ-Ⅴ층(528)을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ반도체 재료이다. 일례에서, 이득 매체 재료(523)는 예로서 도 4의 이득 매체 재료(423) 또는 도 3의 이득 매체 재료(323)와 유사한 재료를 포함한다. 도시된 예시에서, 이득 매체 재료(523)는 본 발명의 내용에 따라 광학적 도파관(505)에 본딩되고 결합한다. 도시된 바와 같이, 콘택트(541)는 또한 이득 매체 재료(523)로 커플링된다.
도 4에 도시된 예시적인 콘택트(443, 445)와 유사하게, 도 5에 도시된 콘택트(543, 545)는 이득 매체 재료(523)의 N-Ⅲ-Ⅴ층(528)으로 직접 커플링된다. 따라서, 전자는 콘택트(543, 545)를 통해 N-Ⅲ-Ⅴ층(528)을 통하여 주입되고, 홀은 콘택트(541)를 통해 P-층(525)을 통하여 액티브 층(526)으로 주입된다. 따라서, 전류 주입 경로는 이득 매체 재료(523)의 액티브 층(526)을 통해 콘택트(541, 543, 545) 사이에서 형성되며 도 5의 예시에 도시된 바와 같이 광학적 모드(519)에 오버랩되거나 또는 적어도 부분적으로 오버랩된다. 따라서, 광은 본 발명의 내용에 따라 광학적 빔(519)의 광학적 모드에 오버랩되거나 적어도 부분적으로 오버랩되는 전류 주입 경로에 따른 전류 주입에 응답하여 이득 매체 재료(523)의 전기적인 펌핑에 응답해 생성된다. 도 5에 도시된 예시에서, 이득 매체 재료(523)의 N-Ⅲ-Ⅴ층(528)으로 직접 커플링되는 콘택트(543, 545)를 사용하여, 전류 주입 경로는 에바네슨트 커플링 인터페이스(533)를 통과하지 않고, 따라서 이득 매체 재료(523) 내에 남아있게 된다.
도 6은 본 발명의 내용에 따라 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저(601)의 일례를 일반적으로 도시한 다른 단면도이다. 이해할 수 있는 바와 같이, 레이저(601)는 도 4의 예시적인 레이저(401)와 유사점을 공유한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 예시는 SOI 웨이퍼를 도시하며, 이것은 반도체 재료(603)의 단일 층과 SOI 웨이퍼의 반도체 기판(631) 사이에 배치된 내장 산화물 층(629)을 구비한다. 도시된 예시에서, 실리콘 립 도파관(605)은 반도체 재료(603)의 단일 층 내에 배치된다. 이득 매체 재료(623)는 에바네슨트 커플링(633)을 형성하는 스트립 도파관(605)의 상단 상에 본딩된다. 이득 매체 재료(623)와 광학적 도파관(605) 사이의 에바네슨트 커플링(633)을 사용하게 되면, 광학적 도파관(605)의 크기에 따라서, 광학적 모드(619)의 일부는 광학적 도파관(605) 내부에 존재하며 광학적 모드(619)의 일부는 이득 매체 재료(623)의 내부에 존재하는 것으로 도시된다.
도시된 예시에서, 이득 매체 재료(623)는 P-층(625), 액티브 층(626) 및 반도체 재료(603)의 단일 층의 N-실리콘에 본딩된 N-Ⅲ-Ⅴ층(628)을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ반도체 재료이다. 일례에서, 이득 매체 재료(623)는 예를 들어 도 4의 이득 매체 재료(423) 또는 도 3의 이득 매체 재료(323)와 유사한 재료를 포함한다. 도시된 예시에서, 이득 매체 재료(623)는 본 발명의 내용에 따라 광학적 도파관(605)의 립 영역에 본딩되고 결합한다. 도시된 바와 같이, 콘택트(641)는 또한 이득 매체 재료(623)로 커플링된다. 도 4의 콘택트(443, 445)와 유사하게, 콘택트(643, 645)는 이득 매체 재료(623)의 N-Ⅲ-Ⅴ층(628)으로 직접 커플링된다. 이러한 식으로, 도 6에 도시된 예는 전자가 콘택트(643, 645)를 통해 N-Ⅲ-Ⅴ층(628)을 통하여 주입되고, 홀이 콘택트(641)를 통해 P-층(625)을 통하여 액티브 층(626)으로 주입됨을 도시한다. 따라서, 전류 주입 경로는 이득 매체 재료(623)의 액티브 층(626)을 통해 콘택트(641, 643, 645) 사이에서 형성되며 도 6의 예시에 도시된 바와 같이 광학적 모드(619)에 오버랩되거나 또는 적어도 부분적으로 오버랩된다. 따라서, 광은 본 발명의 내용에 따라 광학적 빔(619)의 광학적 모드에 오버랩되거나 적어도 부분적으로 오버랩되는 전류 주입 경로에 따른 전류 주입에 응답하여 이득 매체 재료(623)의 전기적인 펌핑에 응답해 생성된다.
레이저(601)와 레이저(401)의 하나의 차이점은 레이저(601)의 예가 도 6에 도시된 바와 같이 제한 영역(634, 636)을 포함한다는 것이다. 일 예시에서, 제한 영역(634, 636)은 도시된 바와 같이 이득 매체 재료(623)의 대향하는 측면 상에 형성되어 콘택트(641)로부터 광학적 모드(619)와 오버랩되거나 또는 부분적으로 오버랩되는 액티브 층(626)의 일부로의 전류 주입의 수직 제한 또는 포커싱을 돕는다. 제한 영역(634, 636)을 갖는 예시에서, 콘택트(641)로부터의 주입 전류는 수평으로 확산하려는 경향을 가지며, 이것은 레이저(601)의 손실을 증가시키고 전력을 감소시킨다. 그러나, 제한 영역(634, 636)을 통해, 보다 많은 주입 전류가 수직 제한 또는 포커싱되어 액티브 층(426)을 통과하게 되며 본 발명의 내용에 따른 광학적 모드(619)와 오버랩된다. 도 6에 도시된 예시에서, 본 발명의 내용을 따라 도시된 바와 같이 P-층(625)에 광자가 충돌되거나 또는 임플란트되어, P-층(625)의 충돌된 부분이 절연성 또는 적어도 반-절연성 영역인 제한 영역(634, 636)으로 변환되도록 한다. 다른 예시에서, 제한 영역(634, 636)은 에칭 및 재성장 또는 산화 또는 본 발명의 내용에 따른 다른 적절한 기술로부터 발생될 수 있다.
도 7은 본 발명의 내용에 따라 주입 전류를 수직으로 제한하기 위한 제한 영역을 포함하는 레이저(701)의 다른 예시를 도시하는 도면이다. 일례에서, 레이저(701)는 도 6의 레이저(601)와 많은 유사점을 공유하며, 따라서 도 7에서 유사한 소자는 유사하게 표시되었다. 도 7의 예시에 도시된 바와 같이, 레이저(701)의 제한 영역(734, 736)은 도시된 바와 같이 이득 매체 재료(623)의 대향하는 측면 상에 형성되어, 본 발명의 내용에 따라 콘택트(641)로부터 광학적 모드(619)와 오버랩되거나 또는 부분적으로 오버랩되는 액티브 층(626)의 일부로의 전류 주입의 수직 제한 또는 포커싱을 돕는다.
일례에서, 제한 영역(734, 736)은 도시된 바와 같이 주입 전류를 수직으로 제한 또는 포커싱하기 위해 이득 매체 재료(623)를 액티브 층(626)까지 수직으로 에칭함으로써 제공된다. 일례에서, 예로서 SiO2 또는 폴리머 또는 그외의 적합한 재료와 같은 반-절연성 또는 절연성 재료는 본 발명의 내용에 따라 제한 영역(734, 736)을 형성하도록 에칭된 영역 내에 충진될 수 있다.
다른 예시에서, 제한 영역(734)은 도 7에 도시된 바와 같이 콘택트(641)의 대향하는 측면 상에 인 등의 재료를 임플란트한 다음 결과적인 구조물을 어닐링함으로써 제공될 수 있다. 이것은 양자 우물 내에 상호확산을 발생시켜, 밴드갭을 증가시키고 투과성을 갖도록 만든다. 그 다음 본 발명의 내용에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 P 재료를 반-절연성 재료로 변환시키도록 수소가 주입되어 결과적인 제한 영역(734, 736)을 나타낼 수 있다.
도 8은 본 발명의 내용에 따라 주입 전류를 수직으로 제한하도록 제한 영역(634, 636)을 포함하는 레이저(801)의 또 다른 예시를 도시한 도면이다. 일례에서, 레이저(801)는 도 6의 레이저(601)와 다수의 유사점을 공유하며, 따라서 유사한 소자들은 도 8에서 유사하게 표시되었다. 도 8의 예시에 도시된 바와 같이, 레이저(801)는 도 6의 예시적인 레이저(601)와 비교하여 콘택트(841, 843)의 비대칭적 배치를 포함한다. 특히, 이득 매체 재료(823)의 상단의 표면 영역은 도 6의 이득 매체 재료(623)의 상단의 표면 영역보다 넓으며, 이것은 콘택트(841)가 실질적 으로 더욱 크고 P-층(625)에 대한 보다 낮은 저항을 갖고 향상된 저항 콘택트를 갖도록 한다. 따라서, 보다 낮은 전체 저항이 콘택트(841, 843) 사이에 제공되어 본 발명의 내용에 따라 액티브 층(626)으로 전류를 주입시에 향상된 성능을 제공한다.
도 9는 발명의 내용에 따라 주입 전류를 수직으로 제한하도록 제한 영역(734, 736)을 포함하는 레이저(901)의 또 다른 예시를 도시한 도면이다. 일례에서, 레이저(901)는 도 7의 레이저(701)와 다수의 유사점을 공유하며, 따라서 유사한 소자들은 도 9에서 유사하게 표시되었다. 도 9의 예시에 도시된 바와 같이, 레이저(901)는 도 7의 예시적인 레이저(701)와 비교하여 콘택트(941, 943)의 비대칭적 배치를 포함한다. 특히, 이득 매체 재료(923)의 상단의 표면 영역은 도 7의 이득 매체 재료(723)의 상단의 표면 영역보다 넓으며, 이것은 콘택트(941)가 실질적으로 더욱 크고 P-층(625)에 대한 보다 낮은 저항을 갖고 향상된 저항 콘택트를 갖도록 한다. 따라서, 보다 낮은 전체 저항이 콘택트(941, 943) 사이에 제공되어 본 발명의 내용에 따라 액티브 층(626)으로 전류를 주입시에 향상된 성능을 제공한다.
도 10은 발명의 내용에 따라 주입 전류를 수직으로 제한하도록 제한 영역(734, 736)을 포함하는 레이저(1001)의 다른 예시를 도시한 도면이다. 일례에서, 레이저(1001)는 도 9의 레이저(901)와 다수의 유사점을 공유하며, 따라서 유사한 소자들은 도 10에서 유사하게 표시되었다. 도 10의 예시에 도시된 바와 같이, 레이저(1001)는 도 9의 예시적인 레이저(901)와 비교하여 콘택트(941, 943)의 비대칭적 배치를 포함한다. 그러나, 도 9의 레이저(901)에서 도시된 바와 같이 N-Ⅲ-Ⅴ층(628)에 직접 커플링된 콘택트(943) 대신, 레이저(1001)의 콘택트(1043)는 반도체 층(1003)의 N-Si에 직접 커플링된다. 그 결과, 콘택트(941, 943) 사이의 경로에 주입된 전류는 반도체 층(1003)의 N-Si와 에바네슨트 커플링(633)을 통해 흐른다. 광학적 도파관(605)의 립 영역의 측면을 형성하는 클래딩 영역과 결합하는 제한 영역(734, 736)의 조합은 본 발명의 내용에 따라 액티브 층(626) 내의 광학적 모드(619)를 통해 주입된 전류가 흐르도록 강제 또는 제한한다.
도 11은 본 발명의 내용에 따라, 패시브 반도체 재료(103)에 에바네슨트 커플링된 액티브 이득 매체 재료(123)를 포함하는 전기적으로 펌핑되는 혼성 반도체 에바네슨트 레이저(101)의 어레이를 구비하는 집적 반도체 변조기 멀티-파장 레이저를 포함하는 예시적인 광학적 시스템(1511)을 도시한다. 일례에서, 레이저(101)의 어레이 내의 예시적인 레이저의 각각이 본 발명의 내용에 따라 전술된 하나 이상의 전기적으로 펌핑되는 혼성 레이저와 유사할 수 있음을 이해할 것이다. 도시된 예시에서, 도 11에 도시된 바와 같은 단일 반도체 층(103)은 복수의 광학적 도파관(105A, 105B, ... 105N)을 포함하는 광학적 칩이며, 복수의 광학적 도파관(105A, 105B, ... 105N) 위에는 단일 바(bar)의 이득 매체 재료(123)가 본딩되어 복수의 광학적 도파관(105A, 105B, ... 105N) 내의 복수의 광학적 빔(119A, 119B, ... 119N)을 각각 생성하는 광대역 레이저의 어레이를 생성한다. 복수의 광학적 빔(119A, 119B, ... 119N)은 변조되며, 그 다음 복수의 광학적 빔(119A, 119B, ... 119N)의 파장이 선택된 다음 멀티플렉서(117) 내에서 결합되어 단일 광선(121)을 출력하는데, 이것은 본 발명의 내용에 따라 단일 광섬유(1153)를 통해 외부의 광학적 수신기(1157)로 전송될 수 있다. 일례에서, 집적 반도체 변조기 멀티-파장 레이저는 본 발명의 내용에 따라 1Tb/s보다 높은 속도에서 단일 광섬유(1153)에 대해 단일 광선(121) 내에 포함된 복수의 파장에서 데이터를 전송할 수 있다. 예로서, 집적 반도체 변조기 멀티-파장 레이저 내에 포함된 광학적 변조기(113A, 113B, ... 113N)가 40Gb/s에서 동작하는 일례에서, 집적 반도체 변조기 멀티-파장 레이저의 총 용량은 N×40Gb/s일 수 있으며, 이때 N은 레이저 소스 기반의 도파관의 총 개수이다. 일례에서, 복수의 광학적 도파관(105A, 105B, ... 105N)은 반도체 재료(103)의 단일 층 내에서 대략 50-100㎛ 이격된다. 따라서, 일례에서, 광 데이터의 전체 버스는 본 발명의 내용에 따라서 반도체 재료(103)의 4mm 조각보다 작은 집적 반도체 변조기 멀티-파장 레이저로부터 전송된다.
도 11은 또한 본 발명의 내용에 따라서 광학적 시스템(1151)의 예시에서, 단일 반도체 층(103)이 외부 광학적 송신기(1159)로부터 광선(1121)을 수신하도록 커플링될 수 있다. 따라서, 도시된 일 예시에서, 단일 반도체 층(103)은 본 발명의 내용에 따라 작은 폼 팩터 내의 극도로 큰 용량의 송수신기이다. 도시된 예시에서, 외부 광학적 수신기(1157) 및 외부 광학적 송신기(1159)가 동일한 칩(1161) 상에 존재하는 것으로 도시되었다. 다른 예시에서, 외부 광학적 수신기(1157)와 외부 광학적 송신기(1159)는 개별적인 칩 상에 존재할 수 있다. 도시된 예시에서, 수신된 광선(1121)은 디멀티플렉서(1117)에 의해 수신되고, 이것은 수신된 광선(1121)을 복수의 광선들(1119A, 1119B, ... 1119N)로 분리시킨다. 일례에서, 복수의 광선들(1119A, 1119B, ... 1119N)은 디멀티플렉서(1117)에 의해 개별적인 파장에 따라 분리되며 그 다음 반도체 재료(103)의 단일 층 내에 배치된 복수의 광학적 도파관(1105A, 1105B, ... 1105N)을 통해 다이렉팅된다.
도시된 예에서 알 수 있는 바와 같이, 하나 이상의 광학적 검출기는 복수의 광학적 도파관(1105A, 1105B, ... 1105N)의 각각에 광학적으로 커플링되어 복수의 광선들(1119A, 1119B, ... 1119N)을 검출한다. 특히, 일례에서, 광검출기(1163A, 1163B, ... 1163N)의 어레이는 복수의 광선들(1119A, 1119B, ... 1119N)로 광학적으로 커플링된다. 일례에서, 광검출기(1163A, 1163B, ... 1163N)의 어레이는 광검출기의 어레이(1163A, 1163B, ... 1163N)를 검출하기 위해 SiGe 광검출기 등을 포함한다.
도시된 예에서 알 수 있는 바와 같이, 반도체 재료(1123)의 다른 단일 바는 복수의 광선들(1119A, 1119B, ... 1119N)을 가로질러 반도체 재료(103)의 단일 층에 본딩되어 복수의 광학적 도파관 (1105A, 1105B, ... 1105N)으로 광학적으로 커플링되는 광검출기의 어레이를 형성한다. 일례에서, 반도체 재료(1123)의 단일 바는 Ⅲ-Ⅴ 반도체 재료를 포함하여 복수의 광학적 도파관 (1105A, 1105B, ... 1105N)으로 광학적으로 커플링된 Ⅲ-Ⅴ 광검출기를 생성한다. 일례에서, 반도체 재료(1123)의 단일 바는, 본 발명의 내용에 따라 복수의 광학적 도파관(105A, 105B, ... 105N)을 가로질러 반도체 재료(123)의 단일 바에 본딩하는 데에 사용되는 유사한 기술 및 과정을 사용해, 반도체 재료(103)의 단일 층으로 본딩될 수 있다. 도시된 바와 같이 복수의 광학적 도파관 (1105A, 1105B, ... 1105N)에 광학적으로 커플링된 광검출기 기반의 SiGe 및 Ⅲ-Ⅴ를 사용하여, 복수의 광선들(1119A, 1119B, ... 1119N)에 대한 다양한 파장이 본 발명의 내용에 따라 검출될 수 있다.
도 5에 도시된 예시에서, 제어/펌프 회로(1161)는 본 발명의 내용에 따라 반도체 재료(103)의 단일 층 내에 포함 또는 집적될 수 있다. 예를 들어, 일례에서, 반도체 재료(103)의 단일 층은 실리콘이며, 제어 회로(1161)는 실리콘 내에 직접 집적될 수 있다. 일례에서, 제어 회로(1161)는 본 발명의 내용에 따라 멀티-파장 레이저 어레이(101) 내의 하나 이상의 임의의 레이저, 복수의 전력 모니터, 복수의 광학적 변조기, 반도체 재료(103)의 단일 층 내에 배치된 광검출기 또는 다른 디바이스 또는 구조체의 어레이를 모니터링 및/또는 전기적 펌핑하도록 제어하기 위해 전기적으로 커플링될 수 있다.
전술된 상세한 설명에서, 본 발명의 방법 및 장치가 자신들의 특정한 실시예를 참조로 하여 기술되었다. 그러나, 본 발명의 보다 넓은 사상 및 범주로부터 벗어나지 않는 한 다수의 변경 및 변화가 가능함이 명백하다. 따라서 본 명세서 및 도면은 제한을 위한 것이 아닌 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (20)

  1. 실리콘 내에 형성되는 광학적 도파관(an optical waveguide)과,
    상기 광학적 도파관 위에 배치되는 액티브 반도체 재료로서, 상기 광학적 도파관과 상기 액티브 반도체 재료 사이에 에바네슨트 커플링 인터페이스(evanescent coupling interface)를 형성하여 상기 광학적 도파관에 의해 가이드될 광학적 모드가 상기 광학적 도파관 및 상기 액티브 반도체 재료 모두와 오버랩하도록 하는 상기 액티브 반도체 재료와,
    상기 액티브 반도체 재료 내에서만(entirely within) 형성되고, 상기 광학적 모드에 적어도 부분적으로 오버랩하는 전류 주입 경로 - 상기 광학적 모드에 적어도 부분적으로 오버랩하는 상기 전류 주입 경로에 따른 전류 주입에 응답하는 상기 액티브 반도체 재료의 전기적 펌핑(electrical pumping)에 응답하여 광이 생성됨 - 를 포함하는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액티브 반도체 재료는 전기적으로 펌핑되는 발광층을 포함하는
    장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액티브 반도체 재료는 상기 광학적 모드에 오버랩하는 복수의 양자 우물(MQW: multiple quantum well) 영역을 포함하는
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 주입 경로는 상기 에바네슨트 커플링 인터페이스 및 상기 실리콘을 통과하여 추가로 형성되는
    장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액티브 반도체 재료를 통과하는 상기 전류 주입이 상기 광학적 모드에 오버랩하도록 제한하는 것을 돕기 위해 상기 액티브 반도체 재료의 대향하는 측면 상에 형성되는 전류 주입 제한 영역을 더 포함하는
    장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전류 주입 제한 영역은 상기 액티브 반도체 재료의 광자 주입 영역을 포함하는
    장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전류 주입 제한 영역은 상기 액티브 반도체 재료의 상기 대향하는 측면 상에 배치된 적어도 반-절연성의 재료를 포함하는
    장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 주입 경로의 대향하는 단부에 형성되는 적어도 제 1 콘택트 및 제 2 콘택트를 더 포함하는
    장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 제 1 콘택트 및 제 2 콘택트는 상기 액티브 반도체 재료에 직접 커플링되는
    장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 콘택트는 상기 액티브 반도체 재료에 직접 커플링되고 상기 제 2 콘택트는 상기 실리콘에 직접 커플링되는
    장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학적 도파관은 상기 액티브 반도체 재료가 복수의 레이저를 형성하도록 배치된 복수의 도파관 중 하나인
    장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 에바네슨트 커플링 인터페이스는 상기 광학적 도파관과 상기 액티브 반도체 재료 사이의 본딩 인터페이스(bonding interface)를 포함하는
    장치.
  13. 실리콘 내에 형성되는 광학적 도파관을 사용하여 광학적 모드를 가이드하는 단계와,
    상기 광학적 도파관 및 상기 광학적 도파관에 에바네슨트 커플링되는(evanescently coupled) 액티브 반도체 재료 모두를 상기 광학적 도파관을 통해 가이드되는 상기 광학적 모드와 오버랩시키는 단계와,
    상기 액티브 반도체 재료를 전기적으로 펌핑하여 전류를 상기 액티브 반도체 재료 내에만(entirely within) 있도록 그리고 상기 광학적 모드를 통과하도록 주입하는 단계와,
    상기 주입된 전류에 응답하여 상기 액티브 반도체 재료 내에서 광을 발생시키는 단계를 포함하는
    방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 주입된 전류가 상기 광학적 모드를 통과하도록 상기 액티브 반도체 재료 내에 형성된 제한 영역을 사용하여 상기 주입된 전류를 제한하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 전류를 주입하는 단계는 상기 주입된 전류가 상기 액티브 패시브 반도체 재료와 실리콘 사이의 에바네슨트 커플링 인터페이스 및 상기 광학적 도파관 내의 상기 광학적 모드를 통과하도록 하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 광학적 도파관을 포함하는 광학적 공동(cavity) 내에서 광을 레이징(lasing)하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  17. 레이저와,
    상기 레이저에 의해 발생되는 광을 수신하도록 광학적으로 커플링된 광 수신기와,
    상기 레이저에 의해 생성되는 광이 상기 레이저로부터 상기 광 수신기로 향하면서 통과하는 광섬유를 포함하며,
    상기 레이저는,
    실리콘 내에 형성되는 광학적 도파관과,
    상기 광학적 도파관 위에 배치되는 액티브 반도체 재료로서, 상기 광학적 도파관과 상기 액티브 반도체 재료 사이에 에바네슨트 커플링 인터페이스를 형성하여 상기 광학적 도파관에 의해 가이드될 광학적 모드가 상기 광학적 도파관 및 상기 액티브 반도체 재료 모두와 오버랩하도록 하는 상기 액티브 반도체 재료와,
    상기 액티브 반도체 재료 내에서만 형성되고, 상기 광학적 모드에 적어도 부분적으로 오버랩하는 전류 주입 경로 - 상기 광학적 모드에 적어도 부분적으로 오버랩하는 상기 전류 주입 경로에 따른 전류 주입에 응답하는 상기 액티브 반도체 재료의 전기적 펌핑에 응답하여 광이 생성됨 - 를 포함하는
    시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 레이저에 의해 발생되는 광을 변조하도록 광학적으로 커플링된 광 변조기를 더 포함하는
    시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 액티브 반도체 재료는 상기 광학적 모드에 오버랩하는 복수의 양자 우물(MQW) 영역을 포함하는
    시스템.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 전류 주입 경로는 상기 에바네슨트 커플링 인터페이스 및 상기 실리콘을 통과하여 추가로 형성되는
    시스템.
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