NO325047B1 - Optiske enheter ved bruk av et pentaert III-V material system - Google Patents
Optiske enheter ved bruk av et pentaert III-V material system Download PDFInfo
- Publication number
- NO325047B1 NO325047B1 NO20051589A NO20051589A NO325047B1 NO 325047 B1 NO325047 B1 NO 325047B1 NO 20051589 A NO20051589 A NO 20051589A NO 20051589 A NO20051589 A NO 20051589A NO 325047 B1 NO325047 B1 NO 325047B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- semiconductor
- layers
- optical
- layer
- waveguides
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 86
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 91
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 111
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 49
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 25
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims description 5
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 22
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 13
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 10
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 8
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 8
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 6
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910003087 TiOx Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 2
- 238000004476 mid-IR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N tioxidazole Chemical compound CCCOC1=CC=C2N=C(NC(=O)OC)SC2=C1 HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020286 SiOxNy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/125—Bends, branchings or intersections
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12133—Functions
- G02B2006/1215—Splitter
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12166—Manufacturing methods
- G02B2006/12176—Etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1003—Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34306—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34346—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers
Abstract
Oppfinnelsen omhandler design og prosessering av en optisk halvlederenhet som er laget av minst fire lag av sammensatt III-V materiale av AlGaInAsSb, AlGaAsSb og/eller InGaAsSb, det minst ett lag av lagene består av det pentære AlGaInAsSb materialet. Strukturen er etset og inneholder elektrisk isolasjon og kontakter i den ferdige enheten. Den optiske enheten kan være en aktiv enhet som en halvlederlaser, en optisk halvlederforsterker, en elektronabsorpsjonsmodulator, en optisk forgreiningsmodulator eller liknende, eller andre enheter, som optisk bølgeleder, optisk kobler/dekobler, array waveguide grating eller lignende.
Description
Optiske enheter ved bruk av et pentært lll-V material system
Oppfinnelsen omhandler design og prosessering av en optisk halvlederenhet som er laget av minst fire lag av sammensatt lll-V materiale av AlGalnAsSb, AlGaAsSb og/eller InGaAsSb, der minst et lag av lagene består av det pentære AlGalnAsSb-materialet. Strukturen er etset og inneholder elektrisk isolasjon og kontakter i den ferdige enheten.
To av lagene kan danne en kledning rundt en kjerne for å optisk lede lyset, mens kjernen kan bestå av flere lag hvor multiple kvantebrønner kan innesluttes. Den multiple kvantebrønnen (MQW) kan være en del av et aktivt område hvis enheten er en halvlederlaser, en optisk halvlederforsterker, en elektronabsorpsjonsmodulator, en optisk forgreningsmodulator eller liknende enhet. Halvlederenhetene har metallforbindinger som er tilsluttet halvledermaterialet i enkelte deler, fortrinnsvis Ti/Pt/Au til p-type eller Pd/Pt/Au til n-type. I ikke-tilsluttede områder, kan metallet isoleres fra halvlederen med et lag isolerende materiale, fortrinnsvis spin-on glass. Metallet kan utgjøre kontaktflater for elektrisk tilknytning av ledning til et ekstern kraftforsyning.
En ny type optisk ridge-bølgeleder med skrånende sider, er dannet ved våt etsing av den øvre kledningen. Denne nye typen ridge-bølgeledere gir enkeltmode (single mode) lysledning med bredere ridge-bredde enn for konvensjonelle ridge-ledere.
En H<>->forgrenings halvlederlaser består av en eller flere ^-forgreninger som er etset in i den øvre kledningen av enheten, ^-forgreningen er en ny forgreningsdesign som gjør det mulig å lage optiske forgreninger ved våt etsing, ^-forgreningene) er forbundet med to eller flere optiske ridge-bølgeledere i enheten. De optiske bølgelederene er innlagt i en optisk kavitet der lys reflekteres frem og tilbake for å oppnå låsing.
Endeflatene på de optiske bølgelederene og/eller forgreningene kan belegges for å redusere eller øke refleksjonen. En laserstruktur med lag av (udopet) AlGalnAsSb som kledning er fordelsaktig for å oppnå uniform våt ets av ridge-bølgeledere og forgrening. Laseren inneholder MQW aktive lag av AlGaAsSb- eller AllnGaAsSb-barrierer og kompressibelt strekt InGaAsSb-brønner, innbygd i en AlGaAsSb- eller AllnGaAsSb-kjerne for å oppnå god optisk ledning og forsterkning.
Med to eller flere optiske ledere, kan enheten settes til forskjellige bølgelengder ved å individuelt endre injeksjonsstrømmen inn i de forskjellige optiske bølgelederne. Området som bølgelengden kan endres innenfor er avhengig av lagtykkelse, materialsammensetning og strekk i MQW-lagene.
En optisk forgreningsmodulator består av to optiske bølgeledere som er satt sammen i to forgreninger med det nye MMorgreningsdesignet. Før splitting og etter kobling av lyset i forgreningspunktene, vil en enkelt bølgeleder starte og avslutte enheten. Enden på bølgelederne eller forgreningene kan belegges for å få lavere eller høyere refleksjon inn eller ut av enheten.
Andre enheter kan være optiske bølgeleder(e), en optisk kobler/dekobler, en Array Waveguide Grating eller liknende. Disse enhetene kan være passive eller aktive enheter, med eller uten et aktivt område. For både aktive og passive enheter kan man benytte metallkontakter for å varme opp deler av eller hele enheter. Dette gjøres for å justere parametere som brytningsindeks, mekanisk stress og liknende som påvirker den optiske ytelsen til enheten. For aktive enheter vil enheten ha optisk forsterkning i deler av eller hele enheten, ved elektrisk injeksjon inn i det respektive området og/eller lag.
Bakgrunn
For å kunne lage integrerte optiske enheter som halvledermikrolasere, må man kunne lede lyset igjennom enheten. Dette kan gjøres ved å lage optiske bølgeledere i enheten, som ridge-bølgeledere eller liknende. For en forgreningslaser vil en slik ridge-leder kunne være rett, kurvet og/eller med forgreninger. For forgreningslaser slik som Y-forgrening, er enhetens ytelse avhengig av hvilken oppløsning som oppnås ved ets av forgreningspunktet. Bedre oppløsning betyr en mer V-liknende form for den indre delen og bedre effekt overføring ettersom forgreningen ser mer ut som en virkelig Y (P. Sewell et al.
(1997)). Dette har tradisjonelt blitt utført ved bruk av tørrets som reaktiv ione-ets (RIE) (K. Al Hemyari et al. (1993)). RIE-prosessen kan resultere i en isotropisk ets der den etsede overflaten er normal på overflateplanet, og sidevegger og ridge-utforming er rettvinklet.
En generell metode for å lage materialer på et substrat med sammensetning AlaGablncPdAseSbf (som effektivt omtaler alle lll-V materialene), har vært teoretisk omtalt i tidligere arbeide (GB1,097,551 (1965)). Vår oppfinnelse har en utforming der enheten må ha minst fire lag med forskjellig sammensetning. I tillegg trenger vår enhet dopede lag, et utlegg med isolasjon, kontakter og må etses for å utforme elektrooptiske strukturer. Andre arbeider (JP 100 12918A, US 6,236,772 B, Werner et al. (2000), EP 0 651 268 A1) beskriver andre aspekter rundt kjente teknikker for elektrooptiske og optiske enheter. I US 6,236,772 B har man demonstrert en enhet som inneholder en tradisjonell optisk splitter/kobler med Y-forgrening. Vår oppfinnelse er forskjellig fra denne ved at den ikke inneholder en V-formet detalj i forgreningspunktet (Figur 3a), men en U-formet detalj i den nye forgreningen som er et resultat av våtets-prosessen (Figur 3b). Enheten som presenteres i US 6,236,772 B kan ikke lages ved våtets da en slik U-form i en tradisjonell Y-forgrening vil resultere i tap av lys. EP 0 651 268 A1 beskriver en annen optisk forgreningsenhet med inn- og utbølgeledere. Ved sammenligning med vår enhet, ser man at disse bølgelederne er laget i to forskjellige materialer (i begge retningene vinkelrett på lysretningen). Dette atskiller denne oppfinnelsen fra vår oppfinnelse, der vår oppfinnelse er en ridge-bølgeledere som kun har en effektiv brytningsindeksdifferanse og ingen differanse i materialet i substratplanet (dvs. den horisontale retningen i Figur 6). JP 100 12918A beskriver en lysemitterende enhet av GaAIAs og GaAs med n-type og p-type dopede materiallag. Enheten inneholder ingen optisk bølgeleder og er en spontan lysemitterende enhet (i motsetning til den stimulerte emisjonen i vår enhet) for bølgelengder mindre enn 1um (på grunn av bånd gap begrensingen til AlGaAs og GaAs). GaSb-baserte materialer som AlGaAsSb og InGaAsSb har tidligere vært brukt til å lage lasere (Choi et al. (1991), Simanowski et al. (2001), Yarekham et al. (2000), Werner et al.
(2000)).
AlGaAsSb/lnGaAsSb kvantebrønnsystemet som er brukt i disse studiene, yter ikke så bra som vår AllnGaAsSb/lnGaAsSb kvantebrønn ved termisk annhilering med RTA ("Rapid Thermal Annealing"). Disse tidligere lasere har vært høyeffekt flermode ("multimode") lasere med applikasjoner som fjernmåling og liknende. Dette er ikke godt nok for alle elektrooptiske mikrosystemer der optisk enkeltmode-operasjon kreves i noen tilfeller.
En våtets-prosess har tidligere blitt utviklet (patentsøknad NO 20026261) som kan etse AlGalnAsSb-materialer med god kontroll og anisotropiske former. Denne etseløsningen ble benyttet for å lage mønster og nye strukturer i den gjeldende oppfinnelsen.
En ny prosess for å øke dopekonsentrasjonen av Te-dopet materiale med RTA har tidligere blitt beskrevet i en egen patentsøknad (Patent NO 20045305).
En ny penternær halvlederstruktur basert på tre eller flere lag av Al InGaAsSb er foreslått for å lage enkeltmode optiske komponenter. Strukturen kan benyttes for både aktive og passive komponenter, og spesifikt mid-IR-lasere. Vi har oppnådd god etsekontroll ved å bruke Al InGaAsSb-materiale i kledningen og ved å spinnetse dette. Nøyaktige ridge-bølgeledere har blitt fabrikkert med denne våtets-metoden. Ridge-bølgeledere gir enkeltmode-operasjon når de designes slik og lages med en forhåndsbestemt brytningsindeks i kjerne og kledning. For å kompensere for brytningsindeksforandringer i kledningen når man øker ln-innholdet, kan man også benytte AllnGaAsSb-materiale i kjernen.
For aktive enheter er et MQW aktivt område av AlGaAsSb- eller Al InGaAsSb-barrierer og InGaAsSb- eller AllnGaAsSb-brønn, innlemmet i kjernen. In ble brukt i barrierene for å forhindre båndkantbøyning mellom kjerne og barriere (når kjernen inneholdt In). Tilsetning av små mengder av Al i InGaAsSb-brønnen, vil øke båndgapet til brønnen. På grunn av ln-diffusjon, må MBE-grotemperaturen til substratet holdes under 490°C så fort InGaAsSb-materiale har blitt grodd på det. Til sammenligning er temperaturgrensen 55°C for AlGaAsSb.
Ved sekvensiell groing av AlGaAsSb eller Al InGaAsSb på toppen av AllnGaAsSb, kan en høyere grotemperatur enn 490°C-grensen (for InGaAsSb) brukes på grunn av mindre netto ln-diffusjon mellom brønn og barriere. En annen fordel med denne strukturen er at Rapid Thermal Annealing (RTA) kan benyttes senere på strukturen uten vesentlig ln-segregering (ln-diffusjon fra brønn til barriere). RTA har vist seg viktig for å kunne øke ladningsbærerkonsentrasjonen i Te-dopede materialer.
For å kunne lage forgreningslasere og andre optiske forgreningsenheter med våtets, må designet på enheten endres fra det tradisjonelle forgreningsdesignet. I våtetsing vil V-detaljen i en Y-forgrening ende opp som en U-liknende detalj etter prosessering pga. etsen sin anisotropi. For en Y-forgreningsdesignet enhet vil dette resultere i en ikke-virkende enhet, men ved bruk av designreglene i den gjeldende oppfinnelsen kan man lage en virkende forgreningsenhet.
For å lage en ridge på en wafer, må en benytte et maskerende materiale på overflaten til waferen. Etter prosessering/påføring, vil det maskerende materiale definere utlegget på ridge-strukturen. Ved videre prosessering av waferen vil en kjemisk våtets etse materialet som ikke er maskert av det maskerende materialet. På grunn av anisotropien av våtetsen (benyttet her), vil etsen resultere i noe ets under kanten på det maskerende materiale (underets) som vist i Figur 1. I denne figuren ser vi en ridge av halvledermaterialet med fotoresist maskering på toppen. Ved videre prosessering vil fotoresisten fjernes og resultatet er en frittstående ridge-struktur. Underetsen måtte taes med i betraktningen når vi designet ridge-strukturen, siden den gir en U-liknende detalj i den indre del av forgreningen slik som vist i Figur 2. En slik U-detalj vil resultere i tap av lys i en tradisjonell Y-forgrening-ridge-struktur.
Ideen i den gjeldende oppfinnelse var å inkorporere bøyninger i motsatt retning av forgreningsbøyningen for å forlenge bølgelederne i forgreningsområde og samle lys som ble tapt i U-detaljen i ^-forgreningen (se Figur 3). Den U-formede detaljen er et resultat av den isotrope våtetsen, slik at det var viktig å redusere betydningen av denne detaljen for å kunne lage brukbare våtetsforgreninger.
Under designfasen måtte de optiske bølgeledningsegenskapene til den MMorgrenings-baserte enheten simuleres for å teste forgreningen før den ble laget. Ved bruk av bølgeledningspropageringsmetoden (BPM) simulerte vi bølgelederforgreningene. Figur 5 viser det propagerte optiske feltet i et av våre 4^-forgreningsutlegg. Noe tap ved splittingen av lyset kan sees, men mesteparten av feltet beholdes i bølgelederne.
Optisk kobling av enhetene i den gjeldende oppfinnelse gjøres ved å koble bølgelederendene til andre bølgeledereenheter igjennom optiske fibre, innlemmede bølgeledere, planære bølgeledere, ridge-bølgeledere, linser og lignende. Ved å bruke belegg med høyere eller lavere refleksjon, eller design som justerer det optiske feltet på slutten av bølgelederne til enheten, kan man reduser koblingstapet.
Oppfinnelsen
Oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1. Ytterligere detaljer ved oppfinnelsen er angitt i de øvrige patentkravene.
I en sammenheng er den gjeldende oppfinnelse relatert til en halvlederenhet som omfatter: a) Minst tre lag med halvledermateriale av Ali-x-zGaxlnzAsi.ySby med 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1 og 0<x+z<<>1, på toppen av et substrat materiale, der minst et lag er med 0<z<1 og
0<x+z<1,
b) Etsede struktur(er) i halvledermaterialet for å definere optiske bølgeledere og/eller elektriske tilslutninger igjennom enheten, c) Elektrisk isolerende lag eller deler for å isolere deler av enheten og/eller for å definere kontakter og/eller ledningsbaner i/på enheten, og
d) Metallag eller deler for å definere kontakter og/eller ledningsbaner i/på enheten.
I en videre sammenheng er den gjeldende oppfinnelse relatert til å lage en halvlederenhet hvori noen eller alle halvlederlagene omfatter to kledningslag rundt en kjerne av ett eller flere lag.
I en annen utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der kledningslagene består av Ali_x.zGaxlnzAsi_ySby med 0<x<0.6, 0<y<1, 0^z<0.5 and 0<x+z<0.6
I en annen utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet, hvori kledningslagene er uniformt eller gradvis dopet med Tellur eller Beryllium eller en annen doping.
I en annen utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet, hvori kjernen er laget av to lag av halvledermateriale rundt et aktivt område av halvledermateriale.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet hvori de to kjernelagene rundt det aktive området, består av Ah-x-zGaxlnzAsi-ySby med 0.4<x<1, 0<y<1, 0^z<0.5 og 0.4<x+z<1, udopet, gradert dopet eller uniformt dopet.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet, hvori det aktive området av halvledermaterialet er laget av flere lag, som fremstiller den til en multiple kvantebrønn av minst to halvledermaterialer.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der de to halvledermaterialene til multiple kvantebrønnen består av barrierelag av Ali-x-zGaxlnzAsi-ySby med 0.4<x<1, 0<y<1, 0<<>z<0.5 og 0.4<x+z<1 og brønnlag av Ali-x-zGaxlnzAsi-ySby med 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1 og 0.9<x+z<<>1.00.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet hvori halvlederkontaktlag eksisterer rundt eller i elektrisk kontakt med kledningslagene.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet hvori halvlederkontaktlagene er av GaSb, InSb, GaAs, InAs, GalnAs, GalnSb, InAsSb, GaAsSb eller GalnAsSb, udopet eller dopet med Silisium, Tellur, Beryllium eller liknende p-type eller n-type doping.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der substratet er ett av halvlederkontaktlagene.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet hvori enheten er en Laser, en Optisk forsterker, en Elektronabsorpsjonsmodulator eller annen Optisk enhet.
I en nærmere uform ing er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet hvori lag har blitt etset for å kunne definere en eller flere optiske bølgeledere.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet hvori våtetsing er brukt for å definere de optiske bølgeleder(e).
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet hvori den optiske bølgelederen er en ridge-type optisk bølgeleder.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der enheten er en Laser, en Optisk forsterker, en Elektronabsorpsjonsmodulator, en Forgrening (Junction) Optisk Modulator, en Array Waveguide Grating eller annen enhet med optiske bølgeledere.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet hvori en ridge-optisk bølgeleder er i forbundet med minst to ridge-optiske bølgeledere i en bølgeleder forgrening.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet hvori bølgelederforgreningen består av minst en inngående bølgeleder som er utvidet til minst to utgående bølgeledere, slik at den optiske bølgen blir ført fra inngående bølgeleder og delt til utgående bølgeledere og/eller omvendt.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvleder enhet hvori en fordypning/et mellomrom mellom to utgående optiske bølgeledere er designet slik at den har en U-lignende fordypningsslutt i det punktet der den optiske inngående bølgelederen(e) slutter og de utgående bølgelederne starter.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet hvori det er minst to elementer i bølgelederdesignet rundt inngående bølgeleder, med bøyning fra en initial vinkel på utgående bølgeledere til en parallell, slik at det optiske feltet er utvidet inni forgreningen før det går inn i utgående bølgeledere.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet hvori utgående bølgeledere har en forlenget parallell bølgelederstrekning som muliggjør at mer optisk felt blir samlet opp av de to utgående bølgelederne.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der enheten er en Laser, en Optisk forsterker, en Elektronabsorpsjonsmodulator, en Forgrening Optisk Modulator, en Arrayed Waveguide Grating eller annen liknende enhet med våtetsede optiske bølgeledere med forgreninger.
I en annen utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der de optiske bølgelederne har et optisk belegg på enden som består av ett eller flere lag.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der det optiske belegget har ett eller flere lag av SiOx, SiNx, SiOxNy, Spin-on glass, TiOx, AIOx, AINX, CVD-diamant eller lignende.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der det optiske belegget har lag av alternerende høy og lav brytningsindeks, der brytningsindeksen er mellom det for luft og det for AI^GaJnzA^.ySby med 0<x<1, 0<y<1, 0£z<1 og 0<x+z^1, for å kunne øke eller redusere refleksjonen på enden(e) av bølgelederen(e).
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der det optiske belegget har ett eller flere lag av metall på toppen eller imellom lagene til belegget, som resulterer i økt refleksjon.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der det optiske belegget er elektrisk passiverende for overflaten under den.
I en annen utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der laget av elektrisk isolerende materiale er lagt på toppen av bølgelederen eller deler av den for å elektrisk isolere den fra andre deler av enheten.
I en annen utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der det elektrisk isolerende materialet er SiOx, SiNx, SiQxNy, Spin-on glass, TiOx, AIOx, AINx, CVD-diamant eller lignende dielektrica.
I en annen utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der metallkontaktlaget er delvis på toppen av et elektrisk isolerende lag, og er tilsluttet halvlederkontaktlaget på deler av området som ikke er dekket av det elektrisk isolerende materialet.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der p-type-kledningen har elektrisk kontakt med et p-dopet halvlederkontaktlag, som er elektrisk tilsluttet med en metallkontakt som omfatter et lag av Titan, et lag av Platina og et lag av Gull på toppen.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der n-type-kledningen har elektrisk kontakt med et n-dopet halvlederkontaktlag, som er elektrisk tilsluttet med en metallkontakt som omfatter et lag av Palladium, et lag av Platina og et lag av Gull på toppen.
I en annen utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der materialsammensetningene er valgt slik at den gjennomsnittlige brytningsindeks til kjernen er høyere enn for kledningsmaterialet.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der Aluminium innholdet til kledningen er høyere enn for kjernen.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der halvlederlagene er laget med Molekylær stråle epitaksi ("Molecular Beam Epitaxy").
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der et kledningslag er n-dopet og et kledningslag er p-dopet.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der p-type dopingen er Beryllium og n-type dopingen er Tellurium.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet hvori sammensetningen av halvlederlagene er valgt slik at gitterkonstantene til kledning-, barriere- og kjernelagene er godt tilpasset til det som substratet har.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet hvori sammensetningen av kvantebrønnlagene er valgt slik at gitterkonstantene er annerledes enn det som substratet har.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet hvori kvantebrønn lagene har kompressibelt strekk.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en halvlederenhet der sammensetningen er som følgende:
Kledningslag Alo.9o-xGao.iolnxASySbi-y med 0<£>x<0.2 og 0<y<0.5
Kjernelag Alo.25Gao.75Aso.03Sbo.97
Kvantebrønnlag Gai-xlnxASySbi-y med 0.1<x<0.5 og 0<y<0.5
Barrierelag AlxGai-2xlnxASySbi-y med 0.09<x<0.5 og 0<y<0.5
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der tykkelsen på lagene er som følgende:
Kledningslag 1900nm
Kjernelag 115nm (rundt kvantebrønner)
Kvantebrønn lag 10nm
Barrierelag 20nm
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der metall og/eller halvlederkontaktlag er i kontakt med kledningslagene for å injisere elektrisk strøm inn i enheten.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der p-type kledning har kontakt med et 100nm Be-dopet GaSb halvlederkontaktlag som er i kontakt med en metallkontakt som omfatter et lag av 50nm Titan, et lag av 50nm Platina og et lag av 200nm Gull på toppen.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der n-type kledningen har kontakt med et 50-100um Te-dopet GaSb halvlederkontaktlag, som er i kontakt med en metallkontakt som omfatter et lag av 50nm Palladium, et lag av 50nm Platinum og et lag av 200nm Gull på toppen.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der overflaten mellom kledningslaget og halvlederkontaktlaget er gradert for å redusere lednings- og valensbåndbøyning.
I en nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der injisert elektrisk strøm lager lysemisjon fra det aktive laget.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der halvledermassen utgjør en del av eller er disponert inni en optisk kavitet.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der en optisk kavitet er laget ved våtetsing av en eller flere ridge (strukturer) og/eller forgreninger inn i ett av kledningslagene.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der ridge-bredden er på 1-250 um.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der hele eller deler av ridge-sidene og toppen er dekket av spin-on glass.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der hele eller deler av ridge-toppen og/eller spin-on glasset er dekket av et metall-kontaktlag.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der enheten er en laser som lager laseremisjon.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der enheten er en halvlederoptisk forsterker med lavrefleksjonsbelegg på ridge-bølgelederendene, som forsterker det optiske lyset som går igjennom ridge-strukturen.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der det aktive området er optisk pumpet.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der en optisk kavitet er laget ved våtetsing av en ridge-struktur inn i et av kledningslagene.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der det aktive området emitterer lys i området 1.0-5.0um.
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der lys i området 1.0-5.0um er ledet i enheten
I en enda nærmere utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der den optiske bølgelederen er en ridge-optisk bølgeleder med graderte kanter på ridge-sidene med enkeltmode (Single Mode) oppførsel.
I en annen utforming er den gjeldende oppfinnelsen relatert til å lage en enhet der en epitaksiell teknikk som Molekylær stråle epitaksi ("Molecular Beam Epitaxy") eller lignende er bruket for å utforme lagene.
Den gjeldende oppfinnelsen er beskrevet med basis i de følgende, ikke-begrensende eksempler. Patentet er ment å dekke alle mulige variasjoner og justeringer som kan gjøres, basert på de vedlagte kravene.
Eksempel
Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli mer detaljert beskrevet med henvisning til de vedlagte figurene, hvor: Figur 1 viser et "Scanning Electron Microscopi"-bilde av et tynt fotoresist maskelag på toppen av en halvleder ridge-bølgeleder. Noe ets under maskelaget kan sees på kantene. Figur 2 viser et optisk "Nomarski microskop"-bilde av en våtetset ^-forgrening ridge-struktur (500X). Det mørke området viser hvor kledningen har blitt etset vekk, og avslører den U-formede detaljen i den indre delen av forgreningen. Figur 3a og b viser skjematisk Y- og MMorgreningsdesignet og forskjellen mellom slike, ^-forgreningen har omvendt bøyd (R2) og forlenget bølgeledere i forgreningsområdet for å redusere tap fra den U-formede detaljen som resulterer fra isotropisk ets. Figur 4 viser brytningsindeksprofil og simulert struktur. Wafer-overflaten er ved Y=2,3um, bølgeleder kjernen fra Y=0 til Y=0,4um (i vertikal retning). Figur 5a og b viser plot av elektrisk felt i simulert splitting av optisk stråle fra symmetrisk MMorgrenings-ridge. En gaussisk optisk stråle går inn ved X=Z=0um og propagerer inn i den U-formede forgrening og videre inn i to grener (etter Z=600um), en S-bøyd bølgeleder og en rett bølgeleder. Figur 6 viser brytningsindeks tverrsnitt av ridge-profil fra modell av våtets-ridge. Bunnen av ridgen er 6um bred mens toppen er 5um på grunn av underetsdetalj fra våtets-prosessen. Figur 7 viser transvers fundamental mode av våtets type ridge i Figur 6 (5um topp). Figuren viser at denne ridge-profilen utgjør lite tap av felt (selv om den kan støtte flere transverse moder). Figur 8 viser transvers modeprofil (m=1) av våtets type ridge-struktur som vist i Figur 6, men med 3,5um bred ridge-topp. Strålepropagering viser at denne strukturen kun kan underholde en andre mode i tillegg til den første transversale mode (m=0). Figur 9 viser transvers mode profil (m=0) for en våtets type ridge som vist i Figur 6, men med 3,3um bred ridge-topp. Strålepropagering viser at slike strukturer med 3,2um til 3,4um brede ridge-topper ikke kan støtte en andre mode, som betyr enkeltmode propagering. Figur 10 viser optisk mikroskopi bil de av en MMorgrenings-laserstruktur. Bildet viser metallkontaktflatene (gult), bølgeledere (sort) og spin-on glass (oransje). Bølgelederne er etset ut før spin-on glass dielektrica og metallkontakter ble lagt til på toppen. Figur 11 viser etserater av Al090Gao 10AsSb og AI0 82Ga010ln008AsSb som viser økt etseuniformitet fra en melkesyrebasert ets når man legger til In i AI090Ga010AsSb (gitterti I passet til GaSb). Figur 12 viser modeforsterkning til en ^-forgreningslaser (som i Figur 10) med ~150um forskjell i armlengde. Enheten viser en bølgelengdestemming på 4nm rundt den sentrale bølgelengden på 2330nm. Figur 13 viser mode forsterkning til en ^-forgreningslaser med bare ~5um forskjell i armlengde. Enheten viser en bølgelengdestemming på over 100nm rundt den sentrale bølgelengden på 2330nm for en slik enhet. Figur 14 viser maksimal bølgeleder-ridgebredde for enkeltmode (single mode) oppførsel, som funksjon av kjernetykkelse i en AlGalnAsSb-ridge. Bredden ble utregnet ved bruk av den effektive indeksmetoden med kledning over kjernen (ridge) og ingen kledning ved siden av ridge (Rl=1,4). Brytningsindeks til kjernen var 3,62 og 3,30 for ridge og kledning. Figur 15 viser Fotoluminesens spectra ved RT fra Gao.83lno.i7AsySbi.y kvantebrønner med Alo.21 lno.i5Gao.64ASySbi-y eller Alo^sGaojsAsySbi-y-barrierer, nær gittertilpasning til GaSb. Grofluksene ble holdt til 0.75ML/S for Ga, 0.25ML/S for Al og 0.15ML/S In for begge prøvene. Bruk av In i barrierene viser en økning i bølgelengden. Figur 16 viser et [004] røntgendiffraksjons-spectrum fra en prøve med Gao.72lno.28ASySbi-y-kvantebrønner og Alo^Gaosdno^ASySbi^rbarrierer, gitterti I passet til GaSb ved romtemperatur. Spekteret viser en supergitterperiode på 27nm. Figur 17 viser et bilde av ^-forgrenings ridge-laserstruktur etter spinetsing. Den ~4um brede ridge-bølgelederen kan sees inni større støtteområder som er elektrisk isolert. Figur 18 viser et wmisjonspekter fra en Alo.22lno.22Gao.55AsSb/lno.29Gao.7iAsSb MQW våtetset forgrening ridge-laser (p-side ned). For en pulset strøm på 16mA med 10 % driftssyklus (160mA strøm i puls), er laseren rundt terskelstrømmen. Ved 20mA og 25mA, kan tre av fire moder sees å lase, mens ved 120mA med 60 % driftssyklus kan bare en sterk mode på 2375nm sees.
En ny stembar mid-IR halvlederlaser benytter AlGalnAsSb-materiale som kledning, AllnGaAsSb- eller AlGaAsSb-material som avstandsholdere (kjerne, rundt aktivt område) og AllnGaAsSb- eller AlGaAsSb-barrierer og AllnGaAsSb- eller InGaAsSb-brønner i det multiple kvantebrønnaktive området. Den nedre kledning var grodd på et Te-dopet (n-type) GaSb-substrat, mens et tynt p-type GaSb-kontakt/kappe lag ble grodd på toppen av den
øvre kledningen. For testlasere fant vi at Al0.86Ga0.10ln0.04Aso.06Sb0.g4-kledning ga den beste etseuniformitet over prøven, slik at ridge-strukturer kunne etses ut av den øvre kledningen og kontaktlag, med nøyaktig etsedybde. En AI0 90Ga010Aso 06Sb0 94-kledning ble også testet og ga også brukbare resultater. Den etsede ridge-strukturen gjorde det mulig å lage
enkeltmode (Single mode) laser med en øvre ridge-bredde på rundt 3,5um. Som kjerne-materiale ble lo.25/(o.9o+x)Gao.65/(o.9o+x)'nx/(o.9o+x)ASySb1.y brukt i avstandsholdere og barrierer, mens Gao.es/^.es+xjInx/^.es+xjASySb^ ble brukt i brønnen. Gruppe V-material-sammensetningen i brønnen ble valgt slik at bølgelengdeemisjonen til laseren var 2,10um forx=17 %, ~2,33um forx=28 % og ~2,34um forx=29 %. Dette gjorde det mulig å gro strukturen med MBE uten å endre ln-fluksen under groingen av kjernen.
For å lage stem bare lasere ble en ny lasertype, kaldt ^-forgreningslaser, designet slik at våtetsing kunne brukes til forgreningsstrukturen i enheten. Figur 2 viser en slik forgrening etter våtets der man kan se den typiske U-detaljen i den indre delen av forgreningen. Figur 3 viser differansen mellom en tradisjonell forgreningsdesign og den nye typen forgrening. Figur 4 og 6 viser vertikal profil og konturkart til brytningsindeksen igjennom den simulerte strukturen. Den graderte konturen til profilen i Figur 6 er på grunn av våtets som gir en gradert ridge-struktur fra underets av fotoresisten. Figur 7 og 8 viser at ridge-strukturen i Figur 6 (5um bred på toppen) har mer enn en mode. Dette er favoriserende med tanke på enkeltmodestyring (av lyset), siden den simulerte ridge-strukturen ble enkeltmode for bredder på 3,2um til 3,4um.
Dette er altså mye bredere enn hva den effektive indeksmetoden gir for en kvadratisk ridge-struktur (uten graderte sider). Figur 14 viser at en tradisjonell ridge med Rl=3,30 i kledning og 3,62 i kjernen (0,4um tykk), må være 1,38um bred eller tynnere for å kunne være enkeltmode (Single mode). Det er derfor en forbedring å benytte gradert kant på kledningen siden det tilrår bredere enkeltmode ridge-strukturer, og derfor høyere injeksjonsstrøm enn for kvadratisk ridge-struktur.
Figur 5 (a og b) viser det optiske feltet fra simuleringen ved strålepropagering i H>-forgreningen som er benyttet her. I Figur 5 kommer det optiske feltet inn ved Z=X=0 og er propagert til Z=2000um der det meste av det optiske feltet er delt imellom to bølgeledere. Dette viser at ^-forgreningen kan brukes som en optisk splitter i laseren.
Den nye ^-forgreningen ble innkorporert i laserstrukturen for å oppnå to optiske veier med forskjellig lengde. Dette muliggjør undertrykking av den longitudinelle moden slik at longitudinell enkeltmodeoperasjon av enheten kan oppnås. Ved å pålegge Ohmske Ti/Pt/Au metallkontakter til GaSb-kontaktlaget, som ligger på toppen av ridge-strukturen, kunne man oppnå elektroninjeksjon. For hullinjeksjon ble en Pd/Pt/Au metallkontakt forbundet med n-type GaSb-substratet. Optisk emisjon ble så oppnådd igjennom elektrisk injeksjon inn i det aktive laget under ridge-strukturen. Med andre ord, optisk forsterkning ble oppnådd i bølgelederne slik at stimulert emisjon kunne oppnås. Ved å kløyve endeflatene til enheten, oppnådde man refleksjon (av lyset) i enden av de to optiske kavitetene. Metallkontaktene ble tilkoblet til metallflater igjennom metalltilslutninger på toppen av et elektrisk isolerende lag av spin-on glass. Fire forskjellige kontaktflater, for å tilkoble enheten til en strømforsyning, ble tilsluttet forskjellige deler av ridge-strukturen til enheten, som vist i Figur 10. Dette gjorde det mulig å endre stemmeenheten til forskjellige bølgelengder ved å endre injeksjonsstrømmen i de forskjellige delene. Forskjellen i lengde imellom de to bølgelederarmene i laseren bestemmer stembarheten i laseren. For en lengdedifferanse i armen på ~150um (som i enheten i Figur 10), kan bølgelengden stemmes opptil ~4nm uten "hopp" i bølgelende/mode (se Figur 12), mens en lengdedifferanse på bare ~5um gir over 100nm mellom de interferometriske modene som vist i Figur 13. I begge enheten blir bølgelengden endret ved å endre injeksjonsstrøm i laseren og/eller ved å endre temperaturen til enheten.
En laserstruktur ble grodd i MBE oppå en Te-dopet GaSb-wafer, bestående av 2um Alo.9oGa0.ioAso.o4Sbo.96-kledning, 150nm AI0.28Ga0.72AsSb, AlAsSb og/eller AI022ln0.22Ga05SAsSb-kjerne og tre 20nm AI022ln0.22Ga055AsSb + 8nm ln029Ga071AsSb-kvantebrønner. Den nedre kledningen nærmest den Te-dopede waferen ble dopet ved bruk av en GaTe dopekilde, mens den øvre kledningen ble dopet med en Be dopekilde. På toppen av kledningen la vi på en kappe av Be-dopet GaSb. Etter groing ble fotoresist lagt på waferen, med åpninger til bølgelederne. Prøven ble så metallisert med 50nm Ti, 50nm Pt og 200nm Au ved bruk av et e-beam metalliseringsanlegg. Fotoresisten ble så fjernet med Aceton for lift-off-definering av bølgelederkontaktene. Etter lift-off ble et nytt fotoresist-lag lagt på toppen av bølgelederkontaktene og eksponert for å definere omkringliggende område for dielektrica. 100nm Si02-dielektrica, 50nm Cr-metall og 150nm Au-metall ble så deponert ved bruk av e-beam og fotoresisten fjernet ved lift-off. Resultatet var bølgeleder-kontakter med 10um åpne områder mot de dielektriske områdene rundt denne. For ridge-definering ble laseren så etset i en spin-etskonfigurasjon ved bruk av metallet og dielektrica som en selv-opplinjert maske. Etseløsningen bestod av 100ml 2.5M Melkesyre, 5ml 48 % HF og 20ml 33 % H202, og ble ført i kontakt med waferen i 2,7sekunder ved 200rpm for å etse 1,9um inn i kappen og kledningen.
Figur 17 viser spekteret som vi fikk ut av en slik Alo.22lno.22Gao.55AsSb/lno.29Gao.7iAsSb MQW laser med Alo.28Gao.72AsSb-kjerne.
Referanser
1. Patent NO 20026261: "A new etch" 2. Choi H.K. og Eglash S.: "High-efficiency high power GalnAsSb-AIGaAsSb Double-Heterostructure Lasers Emitting at 2.3microns", pp. 1555-9, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.27, No.6 (1991) 3. Simanowski S., Mermelstein C, Walthers M., Herres N., Kiefer R., Rattunde M., Schmitz J., Wagner J. og Weimann G.: "Growth and layer structure of 2.26um (AIGaln)(AsSb) diode lasers for room temperature operation", pp.595-9, Journal of Crystal Growth, Vol.227-228 (2001) 4. Yarekham D.A., Vicet A., Perona A., Glastre G., Fraisse B., Rouillard Y., Skouri E.M., Boissier G., Grech P., Joullie A., Alibert C. og Baranov A.N.: "High efficiency GalnSbAs/GaSb type-ll quantum well continuous wave lasers", pp. 390-4, Semiconductor Science and Technology, Vol. 15 (2000) 5. Sewell P., Benson T.M., Anada T., Kendall P.C.: "Bi-oblique propagation analysis of symmetric and asymmetric Y-junctions", pp.688-96, Journal of Lightwave Technology, Vol. 15, Iss. 4(1997) 6. Al Hemyari K., Doughty G.F., Wilkinson C.D.W., Kean A.H., Stanley C.R.: "Optical loss measurements on GaAs/GaAIAs single-mode waveguide Y-junctions and waveguide bends", pp. 272-6, Journal of Lightwave Technology, Vol. 11, Iss. 2 (1993) 7. Patent NO 20045305: "A new process for Te-doped materials and structures" 8. Patent GB 1,097,551: "Method for making Graded Composition Mixed Compound Semiconductor Materials" 9. Patent JP 100 12918 A: "Epitaxial wafer and light emitting diode" 10. Patent US 6,236,772 B: "Linarized Y-fed directional coupler modulators" 11. Werner R., Bleuel T., Hofmann J., Brockhaus M., Forchel A.: "InGaAsSb-AIGaAsSb Distributed Feedback Lasers emitting at 1.72um", pp.966-8. IEEE Photonic Technology Letters, Vol. 12, No.8 (2000) 12. Patent EP 0 651 268 A1: "Optical branching device"
Claims (9)
1. En halvlederenhet som består av minst fire lag med halvledermateriale av Ah-X-zGaxlnzAsi.ySby med 0<x<1, 0<y<1, 0^z<1 og 0<x+z^1, på toppen av et substrat materiale, der minst et lag er med 0<z<0,5 og 0<x+z<1, og minst tre lag med forskjellig sammensetning, innbefattet: a) Doping av minst ett lag av strukturen ved bruk av beryllium, tellur eller silisium, b) Etsede struktur(er) i to eller flere av halvledermaterialet for å definere optiske bølgeledere og/eller elektriske tilslutninger igjennom enheten, c) Elektrisk isolerende lag eller deler for å isolere deler av enheten og/eller for å definere kontakter og/eller ledningsbaner i/på enheten, og d) Metallag eller deler for å definere kontakter og/eller ledningsbaner i/på enheten.
2. En halvlederenhet i henhold til krav 1, karakterisert ved at to eller flere av halvlederlagene innbefatter to kledningslag rundt en kjerne av ett eller flere lag.
3. En halvlederenhet i henhold til krav 2, karakterisert ved at kledningslagene består av Ali-x-zGaxlnzAs^Sby med 0<x<0,6, 0<y<1, 0<z<0,5 og 0,1<x+z<0,6
4. En halvlederenhet i henhold til krav 2, karakterisert ved at et halvleder kledningslag er n-dopet og et halvleder kledningslag er p-dopet.
5. En halvlederenhet i henhold til krav 4, karakterisert ved at sammensetningen av lagene er som følger: Kledningslag Alo.9o.xGao.1olnxASySb1_y med 0<x<0.5 og 0<y<0.5 Kjernelag Alo.25Gao.75Aso.03Sbo.97 Kvantebrønnlag Ga^xIrixASySb^y med 0.1<x<0.5 og 0<y<0.5 Barrierelag AlxGa1.2xlnxASySb1if med 0.09<x<0.5 og 0<y<0.5
6. En halvlederenhet i henhold til krav 5, karakterisert ved at den etsede ridge-bølgelederforgreningen i materialet består av minst en inngående bølgeleder som er utvidet til minst to utgående bølgeledere igjennom en forgrening med en 1-1 Oum bred U-liknende detalj imellom de to bølgelederne, slik at den optiske bølgen blir ført fra inngående bølgeleder og delt til utgående bølgeledere, og/eller omvendt.
7. En halvlederenhet i henhold til krav 6, karakterisert ved at det er minst to elementer i bølgelederdesignet rundt inngående bølgeleder, med kontinuerlig bøyning fra en initial vinkel på utgående bølgeledere til en parallell, slik at det optiske feltet er utvidet inni forgreningen før det går inn i utgående bølgeledere, slik at mer lys blir oppsamlet.
8. En halvlederenhet i henhold til krav 6, karakterisert ved at enheten emitterer lys i området 1.0-5.0 mikrometer.
9. En fremgangsmåte for å utforme en halvlederenhet som består av minst fire lag med halvledermateriale av Ali-x-zGaxlnzAsi-ySby med 0<x<1, 0<y<1, 0^z<1 og 0<x+z^1, på toppen av et substratmateriale, der minst et lag er med 0<z<0,5 og 0<x+z<1, og minst tre lag med forskjellig sammensetning, innbefattet: a) Doping av minst ett lag av strukturen ved bruk av beryllium, tellur eller silisium; b) Etsede struktur(er) i to eller flere av halvledermaterialet for å definere optiske bølgeledere og/eller elektriske tilslutninger igjennom enheten; c) Elektrisk isolerende lag eller deler for å isolere deler av enheten og/eller for å definere kontakter og/eller ledningsbaner i/på enheten; og d) Metallag eller deler for å definere kontakter og/eller ledningsbaner i/på enheten.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20051589A NO325047B1 (no) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Optiske enheter ved bruk av et pentaert III-V material system |
| EP06733098A EP1875569A2 (en) | 2005-03-30 | 2006-03-30 | New optical devices using a penternary iii-v material system |
| JP2008503983A JP5490408B2 (ja) | 2005-03-30 | 2006-03-30 | ５元ｉｉｉ−ｖ材料系を使用する新たな光学デバイス |
| PCT/NO2006/000118 WO2006104392A2 (en) | 2005-03-30 | 2006-03-30 | New optical devices using a penternary iii-v material system |
| US11/909,277 US7759672B2 (en) | 2005-03-30 | 2006-03-30 | Optical devices using a penternary III-V material system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20051589A NO325047B1 (no) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Optiske enheter ved bruk av et pentaert III-V material system |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20051589D0 NO20051589D0 (no) | 2005-03-30 |
| NO20051589L NO20051589L (no) | 2006-10-02 |
| NO325047B1 true NO325047B1 (no) | 2008-01-21 |
Family
ID=35266169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20051589A NO325047B1 (no) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Optiske enheter ved bruk av et pentaert III-V material system |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7759672B2 (no) |
| EP (1) | EP1875569A2 (no) |
| JP (1) | JP5490408B2 (no) |
| NO (1) | NO325047B1 (no) |
| WO (1) | WO2006104392A2 (no) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110096332A1 (en) * | 2008-04-03 | 2011-04-28 | Renato Bugge | Method and device for gas analysis using an interferometric laser |
| JP6437869B2 (ja) * | 2015-04-02 | 2018-12-12 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
| CN113459805B (zh) * | 2016-03-25 | 2023-12-15 | 康明斯有限公司 | 基于车辆工作循环调整车辆操作参数的系统和方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4223175A1 (de) * | 1992-07-15 | 1994-01-20 | Sel Alcatel Ag | Endstelleneinrichtung für simultanen bidirektionalen optischen Informationsaustausch |
| US5689123A (en) * | 1994-04-07 | 1997-11-18 | Sdl, Inc. | III-V aresenide-nitride semiconductor materials and devices |
| JP2937751B2 (ja) * | 1994-04-28 | 1999-08-23 | 日本電気株式会社 | 光半導体装置の製造方法 |
| US5625635A (en) * | 1994-11-28 | 1997-04-29 | Sandia Corporation | Infrared emitting device and method |
| US6233264B1 (en) * | 1996-08-27 | 2001-05-15 | Ricoh Company, Ltd. | Optical semiconductor device having an active layer containing N |
| JP3765382B2 (ja) * | 2000-06-06 | 2006-04-12 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光変調器及びモノリシック集積半導体光素子 |
| US6928223B2 (en) * | 2000-07-14 | 2005-08-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Stab-coupled optical waveguide laser and amplifier |
| JP4278985B2 (ja) * | 2001-03-19 | 2009-06-17 | トルンプ フォトニクス，インコーポレイテッド | 光電子放射源装置の効率を改善させる方法および装置 |
| JP2004095709A (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Yamanashi Tlo:Kk | 半導体光素子 |
| JP2004207480A (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Pioneer Electronic Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| JP2004259857A (ja) * | 2003-02-25 | 2004-09-16 | Sharp Corp | 半導体装置および半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置を用いた応用システム |
| DE10312214B4 (de) * | 2003-03-19 | 2008-11-20 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Verfahren zum Herstellen von mindestens einer Mesa- oder Stegstruktur oder von mindestens einem elektrisch gepumpten Bereich in einer Schicht oder Schichtenfolge |
-
2005
- 2005-03-30 NO NO20051589A patent/NO325047B1/no not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-03-30 US US11/909,277 patent/US7759672B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-03-30 EP EP06733098A patent/EP1875569A2/en not_active Withdrawn
- 2006-03-30 WO PCT/NO2006/000118 patent/WO2006104392A2/en active Application Filing
- 2006-03-30 JP JP2008503983A patent/JP5490408B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1875569A2 (en) | 2008-01-09 |
| JP2008535238A (ja) | 2008-08-28 |
| WO2006104392A3 (en) | 2007-02-22 |
| NO20051589D0 (no) | 2005-03-30 |
| WO2006104392A2 (en) | 2006-10-05 |
| US20090090902A1 (en) | 2009-04-09 |
| JP5490408B2 (ja) | 2014-05-14 |
| US7759672B2 (en) | 2010-07-20 |
| NO20051589L (no) | 2006-10-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8761220B2 (en) | Heterogeneous laser with high efficiency and method for manufacturing the laser | |
| US9442247B2 (en) | Branched shape optical isolator and optical apparatus, method and applications | |
| US20080267239A1 (en) | High-Index-Contrast Waveguide | |
| CN103227416A (zh) | 基于正交微纳周期结构选模的可调谐半导体激光器 | |
| CN101316027A (zh) | 一种量子阱边发射半导体激光器的制作方法 | |
| Mawst et al. | Resonant self‐aligned‐stripe antiguided diode laser array | |
| US7981707B2 (en) | Method for enhancing optical characteristics of multilayer optoelectronic components | |
| US20040032647A1 (en) | Folded cavity semiconductor optical amplifier (FCSOA) | |
| NO325047B1 (no) | Optiske enheter ved bruk av et pentaert III-V material system | |
| KR100321525B1 (ko) | 반도체광디바이스및그제조방법 | |
| Davenport | Heterogeneous silicon III-V mode-locked lasers | |
| US20020151095A1 (en) | Method for fabricating optical devices with defectless and antireflecting spot size converter | |
| EP1312971A2 (en) | Semiconductor optical devices and methods of making them | |
| US5424242A (en) | Method for making an optoelectronic amplifier device, and applications to various optoelectronic | |
| KR100931824B1 (ko) | 반도체 양자점 집적광소자 | |
| De Rossi et al. | Longitudinal mode selection in constricted photonic crystal guides and electrically injected lasers | |
| Xing et al. | Transmission measurement of tapered single-line defect photonic crystal waveguides | |
| Vinchant et al. | Low-loss fiber-chip coupling by InGaAsP/InP thick waveguides for guided-wave photonic integrated circuits | |
| Sugimoto et al. | Room temperature operation of InAs quantum-dot laser utilizing GaAs photonic-crystal-slab-based line-defect waveguide with optical pump | |
| Qiu et al. | Fabrication of 2 x 2 crosspoint switches using a sputtered SiO 2 intermixing technique | |
| Tabbakh | Monolithically Integrated Wavelength Tunable Laser Diode for Integrated Optic Surface Plasmon Resonance Sensing | |
| Pommereau et al. | Optimisation of butt coupling between deep-ridge and buried ridge waveguides for the realisation of monolithically integrated wavelength selectors | |
| Pottier et al. | Photonic crystal continuous taper for efficient coupling into 2D photonic crystal channel waveguides | |
| Xu | High Speed Modulation Characteristics of Semiconductor Nanolasers and Coupled Ring Laser Systems | |
| Tauke-Pedretti et al. | InP tunable ring resonator filters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |