SE534300C2 - Integrerat chip innefattande laser och filter - Google Patents

Integrerat chip innefattande laser och filter Download PDF

Info

Publication number
SE534300C2
SE534300C2 SE0950936A SE0950936A SE534300C2 SE 534300 C2 SE534300 C2 SE 534300C2 SE 0950936 A SE0950936 A SE 0950936A SE 0950936 A SE0950936 A SE 0950936A SE 534300 C2 SE534300 C2 SE 534300C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
filter
laser
chip
waveguide
integrated chip
Prior art date
Application number
SE0950936A
Other languages
English (en)
Other versions
SE0950936A1 (sv
Inventor
Christofer Silfvenius
Marcin Swillo
Original Assignee
Ekklippan Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ekklippan Ab filed Critical Ekklippan Ab
Priority to SE0950936A priority Critical patent/SE534300C2/sv
Priority to PCT/SE2010/051325 priority patent/WO2011068458A1/en
Publication of SE0950936A1 publication Critical patent/SE0950936A1/sv
Publication of SE534300C2 publication Critical patent/SE534300C2/sv

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light 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
    • G02B6/12004Combinations of two or more optical elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light 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
    • G02B6/12007Light 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 forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4296Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0265Intensity modulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light 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
    • G02B2006/12083Constructional arrangements
    • G02B2006/12107Grating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

Integrerat chip (1) for data- eller telekommunikation eller optisk analys for samtidig sandning over åtminstone en våg-langd och mottagning over åtminstone en annan våglangd, darchippet (1) har en grundstruktur som ar lika från en barare och uppåt over chippets (1) hela yta, dar vågledare ar utbil- dade vid chippets ovre yta genom att grundstrukturen etsats(2;4;5) och ned så att uppskjutande vågledare ar utbildade, dar chippet (1) innefattar monolitiskt integrerade komponen-ter.Uppfinningen utmarks av att chippet (1) innefattar en våg-(6),(41), långdsselektiv optisk kopplare en till kopplaren (6) ansluten gitterbaserad laser en till kopplaren (6) (51) och ett våglangdsspecifikt, git- (41) ansluten ljusdetektor terbaserat filter (52), av att både lasern och filtret (52) år framstallda ur samma monolitiska grundstruktur, var- vid egenskaperna for lasern (41) och filtret (52) forandras på motsvarande satt som funktion av temperaturen, och av att(52) (41) och ljusdetektorn (41) filtret ar anordnat mellan lasern (51) samt ogenomslappligt for de våglangder som lasern utsander. Ansökningstextdocx 2009-12-04 090224SE

Description

20 25 30 534 300 som är lika från en bärare och uppåt över chippets hela yta utan skarvar i vågledaren. Chippet innefattar ett antal våg- ledare och komponenter, vilka alla är utbildade genom etsning av denna grundstruktur. Ett sådant chip erbjuder låg till- verkningskostnad i kombination med ett högt tillverkningsut- byte, s.k. yield.
Ett problem vid sändning och mottagning av optiska signaler är risken för optisk överhörning mellan olika komponenter.
Detta är i synnerhet sant i det fall en laser och en ljusde- tektor är anordnade i samma integrerade chip. I många fall är lasern anordnad att sända ljus för detektering i en extern anordning, länk, till exempel mottagarsidan i en kommunikations- vilket kräver höga sändningseffekter. Samtidigt kan ljusdetektorn vara anordnad att ta emot ljus som utsänts från en extern källa, varför det mottagna ljuset kan vara svagt.
Det är nwjligt att ljus från lasern i ett integrerat chip oönskat reflekteras i exempelvis chipfacetten och att det reflekterade ljuset når den integrerade fotodetektorn. Andra orsaker till att ljus från den interna lasern når den interna fotodetektorn är scatteringeffekter i gitter eller på grund av fysiska variationer i vågledares sidoväggar. I det fall en WDM-kopplare används kan optisk överhörning i denna kopplare orsakas på grund av scattering i dess väggar eller till följd av mod-mismatch i övergångar mellan singlemod och multimod- vågledare. Imperfektioner i laserns gitterstyrka eller ett högre ordningens gitter kan orsaka scattering ned i substra- tet med återreflektion till fotodetektorn. Reflektion kan även uppstå vid övergången till den optiska fibern eller i det fiberoptiska nätet. I sådana fall uppstår ett överhör- ningsproblem där det inkommande externa laserljuset med låg optisk effekt når ljusdetektorn, i konkurrents med reflektio- ner av ljuset från den interna lasern med hög optisk effekt, 10 15 20 25 30 534 300 vilket skapar stora svårigheter eftersom informationen i det inkommande ljuset störs.
Förutom ljus från en integrerad. laser kan även ljus från externt anordnade lasrar, spontanemission från chippet självt, etc., nå fotodetektorn och därmed orsaka liknande problem.
Föreliggande uppfinning löser de ovan beskrivna problemen.
Således hänför sig uppfinningen till ett integrerat chip för data- eller telekommunikation eller optisk analys för samti- dig sändning över åtminstone en våglängd och mottagning över åtminstone en annan våglängd, där chippet har en grundstruk- tur som är lika från en bärare och uppåt över chippets hela yta, där grundstrukturen innefattar uppskjutande vågledare, utbildade vid chippets övre yta och där chippet innefattar monolitiskt integrerade komponenter,, och utmärks av att chippet innefattar en vàglängdsselektiv optisk kopplare, en till kopplaren ansluten gitterbaserad laser, en till koppla- ren ansluten ljusdetektor) och ett våglängdsspecifikt, git- terbaserat filter, av att både lasern och filtret är fram- ställda ur samma monolitiska grundstruktur, varvid egenska- perna för lasern och filtret förändras på nwtsvarande sätt som funktion av temperaturen och av att filtret är anordnat mellan lasern och ljusdetektorn samt ogenomsläppligt för de våglängder som lasern utsänder.
Uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj, med hänvisning till exemplifierande utföringsformer av uppfinningen och de bifogade ritningarna, där: 10 15 20 25 30 534 300 Figur 1 är en perspektivvy över ett känt monolitiskt integre- rat chip för optiska signaler; Figur 2 är en vy uppifrån av ett integrerat chip enligt ett första föredraget utföringsexempel av föreliggande uppfin- ning; Figur 3 är en perspektivvy över ett integrerat chip enligt ett andra föredraget utföringsexempel av föreliggande uppfin- ning; och Figur 4 är en vy uppifrån av ett integrerat chip enligt ett andra föredraget utföringsexempel av föreliggande uppfinning.
I figur 1 visas schematiskt ett monolitiskt integrerat chip 1, före metallisering av elektriska kontakter, med en inkopp- lingsvågledare 2, dare 4, 5. 0501217-4. en optisk kopplare 6 och två utgàngsvågle- Ett sådant chip är känt från det svenska patentet Enligt uppfinningen är chippet 1 avsett för data- eller tele- kommunikation eller optisk analys för en, två eller fler våglängder.
Chippet 1 innefattar en vågledare 2 med en första port 3 in i eller ut ur vilken ljus är avsett att ledas. Vågledaren 2 är expanderad, i en expanderad del 6, från den första porten 3 i riktning mot en andra vàgledare 4 och en tredje vàgledare 5.
Chippets 1 olika komponenter är monolitiskt integrerade. Med andra ord har chippet en grundstruktur som är lika från en bärare och uppåt över chippets hela yta, och vågledarna 2, 4, 5 är utbildade vid chippets övre yta genom att grundstruktu- ren etsats ned så att uppskjutande vågledare bildats. 10 15 20 25 30 534 300 Figur 2 visar ett integrerat chip som liknar det i figur 1.
Motsvarande delar har samma hänvisningssiffror i samtliga figurer.
I den andra vàgledaren 4 förefinns en laser 41 anordnad för att utsända ljus A. Lasern 41 är framställd ur samma monoli- tiska grundstruktur som resten av chippet genom att en git- terstruktur framställts i den andra vàgledaren 4, vilken gitterstruktur definierar laserkaviteten.
DFB-laser Lasern kan vara en (Distributed FeedBack), en DBR-laser (Distributed Bragg Reflector), eller en annan i sig känd typ av laser som innefattar ett gitter vilket är framställt ur den monolitiska grundstrukturen. Genmn att genometsa vågledaren 4 kan även facetter framställas så att en monolitiskt integrerad FP- laser därmed bildas.
(Fabryt-Perot) Det utsända ljuset A är företrädesvis ämnat att tas emot av en extern mottagare, men kan även vara ämnat att tas emot av en ljusmottagare (inte visad) i form av en ytterligare komponent som är integrerad i chippet.
I den tredje vågledaren 5 förefinns en ljusdetektor 51 anord- nad för att detektera infallande ljus D. Ljusdetektorn 51 kan vara framställd ur samma monolitiska grundstruktur som lasern 41, vilket är föredraget eftersom detta medför låga tillverk- ningskostnader, men behöver inte vara det. Den kan vidare vara vilken lämplig känd ljusdetektor som. helst, såsom en konventionell fotodiod.
Enligt uppfinningen utgörs den expanderade delen 6 av en våglängdsselektiv, optisk kopplare, företrädesvis en WDM- kopplare (Wavelength Division Multiplexing), som är anordnad att, baserat på våglängden hos ljus som faller in genom den första vágledaren 2, styra ljuset mot antingen den andra 4 10 15 20 25 30 534 300 eller den tredje 5 vågledaren. WDM-kopplaren är i detta fall även anordnad att styra ljus med en viss våglängd från den andra vågledaren 4, respektive med en viss annan våglängd från den tredje vågledaren 5, mot den första vågledaren 2.
Enligt en föredragen utföringsform är kopplaren en MMI- kopplare (MultiMode Interferometer). Enligt en annan föredra- gen utföringsform är kopplaren en evanescent kopplare.
Enligt den exemplifierande utföringsform som visas i figur 2 är lasern 41 anordnad att utsända ljus A över ett visst våg- längdsintervall, och ljusdetektorn 51 är anordnad att detek- tera ljus D över ett visst annat våglängdsintervall, där våglängdsintervallen är olika. Att vàglängdsintervallen är olika skall häri tolkas som att de väsentligen inte är över- lappande och att effektmaximum med avseende på våglängden för utsänt eller mottaget ljus åtminstone är åtskilda.
Kopplaren 6 är således anordnad att leda ljus A, som utsänds från lasern 41, till och ut genom den första vågledaren 2, samt ljus D, över ett annat våglängdsintervall och som faller in från den första vågledaren 2, till den tredje vågledaren 5 och vidare till ljusdetektorn 51.
På grund av till exempel oönskade facettreflektioner av la- serljuset A, exempelvis vid porten 3, faller emellertid även reflekterat ljus C från den interna lasern in mot den tredje vågledaren 5.
Enligt uppfinningen är ett våglängdsspecifikt, gitterbaserat filter 52 anordnat mellan lasern 41 och ljusdetektorn 51 i chippet 1. Filtret 52 är på motsvarande sätt som lasern 41 framställt genom att en gitterstruktur tillverkats i den tredje vàgledarens 5 material, och är därför monolitiskt 15 20 25 30 534 300 integrerat, tillsammans med lasern 41, i chippets 1 grund- struktur.
Mot lasern 41 och över filtret 52, och även över andra kompo- nenter, såsom vågledarna 2, 4, 5 och den expanderade delen 6, som önskas spänningssättas, anordnas elektriska kontakter (inte visade).
Chippet 1 är således anordnat att med hjälp av lasern 41 kunna sända optiska signaler över ett första vàglängdsinter- vall och samtidigt med hjälp av fotodetektorn 51 kunna motta optiska signaler över ett andra, från det första våglängdsin- tervallet skiljt, vàglängsintervall. Enligt uppfinningen är filtret 52 anordnat att vara ogenomsläppligt för de vågläng- der som lasern 41 utsänder. Därmed hindras det reflekterade ljuset C från lasern 41 att falla in mot och störa driften av ljusdetektorn 51. Eftersom det ljus A som sänds ut från la- sern 41 är mycket kraftigare än det ljus D som faller in i den expanderade delen 6 genom den första vågledaren 2, kan i många fall det oönskat reflekterade laserljuset C vara till- räckligt starkt för att störa informationsinnehâllet i det mot den tredje vàgledaren, 5 infallande ljuset D som skall detekteras, varför funktionen i ljusdetektorn 51 kan störas markant. Detta är ofta sant trots att endast en liten andel av ljuset A reflekteras, och att endast en liten andel C av det reflekterade ljuset når den tredje vågledaren 5. I typis- ka tillämpningar minskas ljuset från den interna lasern 41 med cirka 47 dB innan det når ljusdetektorn 51.
Det är vidare föredraget, men inte nödvändigt, att filtret 52 även är genomsläppligt för ljus D av de våglängder som ljus- detektorn 51 är anordnad att kunna detektera. Därmed uppnås att ljusdetektorn 51 kan detektera det infallande ljus D som 10 15 20 25 30 534 300 skall detekteras utan att störas av reflektioner C från la- sern 41. Filtret 52 behöver inte vara genomsläppligt för ljus D av de våglängder som ljusdetektorn 51 är anordnad att de- tektera i det fall ljuset D som skall detekteras faller in genom en vágledare (inte visad) som inte står i direkt för- bindelse med lasern 41. Nedan följer ett exempel på detta.
Den i figur 2 illustrerade strukturen, där den andra vägleda- ren 4 innefattar lasern 41 och den tredje vågledaren 5 inne- fattar både ljusdetektorn 5l och filtret 52, så att filtret 52 är anordnat mellan den expanderade delen 6 och ljusdetek- torn 51, är en föredragen utföringsfornn Dock är det även möjligt att anordna ett monolitiskt integrerat filter 52 även i andra konfigurationer för att skärma av en ljusdetektor 51 från' ströljus C som utsänts av en monolitiskt integrerad laser 41. Exempelvis kan ett monolitiskt integrerat filter anordnas mellan en monolitiskt integrerad laser och en ljus- detektor som är anordnad att ta emot ljus som faller in mot ljusdetektorn från ett annat håll än från den expanderade delen 6 och via den tredje vågledaren 5 i figur 2. I detta fall kan således filtret vara ogenomsläppligt även för ljus av de våglängder för vilka ljusdetektorn är känslig.
Enligt en föredragen utföringsform är filtret 52 ogenomsläpp- ligt för de våglängder som förekommer hos ströljus från en eller flera ljuskällor, såsom ytterligare lasrar och ljusdio- der, anordnade i eller utanför chippet l, och dessutom från ströljus som uppkommer let. genom spontanemission i. chipmateria- Således kan det monolitiskt integrerade filtret innefatta ett bandpassfilter, ett bandspärrfilter eller en kombination därav. 10 15 20 25 30 534 300 Chippet l kan innefatta fler än en monolitiskt integrerad laser, exempelvis anordnade i varsin vågledare som vardera står i förbindelse med en expanderad del. Till en sådan ex- panderad del kan även fler än en ljusdetektor vara anslutna, eventuellt var och en anordnade i en separat vågledare som står i förbindelse med den expanderade delen. I detta fall är det föredraget att antingen var och en av de anslutna ljusde- tektorerna är försedda med ett respektive monolitiskt integ- rerat filter mellan ljusdetektorn och samtliga anslutna las- rar i färdvägen för oönskat reflekterat laserljus. Fler ljus- detektorer kan även dela på filter. samma monolitiskt integrerade Enligt en föredragen utföringsforni är chippet anordnat att kunna utsända ljus över ett flertal olika våglängder och samtidigt kunna detektera infallande ljus över ett flertal olika andra våglängder. I detta fall kombineras företrädesvis en expanderad del 6 med ett flertal olika vågledare med var- sin respektive monolitiskt integrerad laser för utsändning av laserljus över olika sändarvàglängder, och ett flertal olika vàgledare med varsin respektive ljusdetektor för olika motta- garvàglängder. Mellan varje respektive ljusdetektor och den expanderade delen 6 är ett respektive monolitiskt integrerat filter anordnat, vilket är ogenomsläppligt för samtliga sän- darvàglängder men genomsläppligt för den motsvarande ljusde- tektorns mottagningsvåglängd.
Eftersom både lasern 41 och filtret 52 är monolitiskt integ- rerade kommer det gitter som definierar laserkaviteten och det gitter som utgör filtret 52 vara tillverkade i samma materialsystem. Dessutom kommer temperaturen pà respektive gitterbaserade delkomponenter att följas åt. Därmed förändras 10 15 20 25 30 534 300 10 temperaturberoende materialegenskaper på motsvarande sätt över tiden för båda gitterbaserade delkomponenterna. Exempel- vis kommer de våglängder för vilka filtret är ogenomsläppligt att öka i det fall en temperaturförändring får laserns utsän- da ljus att öka i våglängd. Därmed kommer egenskaperna hos lasern 41 och filtret att följas åt. Exempelvis kommer ljuset från lasern 41 alltid att kunna blockeras av filtret 52, även vid variabla temperaturbetingelser. Med andra ord uppnås ett integrerat chip 1. som kan behålla sina funktionsegenskaper även när driftstemperaturen förändras.
Såsom framgår av det svenska patentet 0501217-4 kan material- systemet i ett monolitiskt integrerat chip l enligt förelig- gande uppfinning utformas med olika material. Materialstruk- turen består dock vanligen av ett antal lager av olika halv- ledande material, och/eller Al. huvudsakligen bestående av As, P, Ga, In Det finns flera lämpliga sätt att tillverka ett monolitiskt integrerat gitter som kan användas som laserkavi- tet eller filter i enlighet med föreliggande uppfinning. Det en MQW- eller en kombination av QD aktiva materialet kan vidare bestå av ett bulklager, struktur (Multiple Quantum Well) (Quantum Dots).
Enligt en första föredragen utföringsform utgörs filtret 52 av ett monolitiskt integrerat gitter tillverkat som ett så kallat begravt gitter. Ovanför eller under vågledaren torret- sas, som ett led vid tillverkningen av chippets l monolitiska materialstruktur, ett första ordningens gitter, i form av en korrugering i materialet, i ett mönster definierat med elek- tronstrålelitografi, optisk interferens, nanoimprinting eller liknande. Den korrugerade ytan täcks sedan in med ett materi- al med annat brytningsindex än det korrugerade materialet.
Enligt en föredragen utföringsform kan InGaAsP med bandgapet 10 15 20 25 30 534 300 ll 1200 nm etsas ned till en korrugerad periodisk yta och täckas med InP. Varje period ger då en skillnad i brytningsindex mellan materialen. En sådan gitterstruktur beskrivs i det amerikanska patentet S,580,740.
Enligt en andra föredragen utföringsform är filtret tillver- kat genom att anordna en gitterstruktur längs med, på vardera sidan om, vågledaren, bestående av en periodisk gruppering av hål, en så kallad ”fotonisk bandgapsstruktur”. Hàlgruppering- en kan även anordnas på vågledarens eller i en ovansida, kombination därav. Enligt en föredragen variant är hålen inte igenfyllda, dvs. de är luftfyllda.
Detta medför stor skillnad i brytningsindex. Lämpliga sådana fotoniska bandgapsstruktu- rer beskrivs i artikeln Mulot, M., et al., “Low-loss InP- based photonic-crystal waveguides etched with Ar/Cl; chemi- cally assisted ion beam etching”, Department of Microelectro- nics and Information Technology, Royal Institute of Technolo- gy, publicerad 20 mars 2003, sökan US 10/520,837. samt i den amerikanska patentan- Enligt en tredje föredragen utföringsform utgörs filtret 52 av en korrugerad vägg, en sidovägg och/eller ovansidan hos den tredje vågledaren 5 nära den optiska moden. Korrugeringen kan tillverkas antingen genom att etsa vågledarens 5 sido- Vägg, såsom chippet 1 visas i eller en annan vägg såsom den övre väggen (ovansidan figur l och 3) hos vågledaren 5, eller genom att etsa en ny vågledare med en sådan korrugerad sidovägg runt den tredje vågledaren 5. Användbara etsnings- tekniker innefattar RIE (Reactive Ion Etch) och ICP (Inducti- vely Coupled Plasma). Användbara maskmaterial innefattar hårda masker (SiNx eller SiOx) och mjuka masker av fotoresist eller BCB C12: (bensocyklobutenpolymer). Typiska processgaser är Ar och CH4 i H2. Användbara sådana förfaranden beskrivs i 10 15 20 25 30 534 300 12 artikeln Docter, B., et al., ”Deep etching of DBR gratings in InP using C12 based ICP processes", Proceedings Symposium IEEE/LEOS Benelux Chapter, 2006, Eindhoven.
Figurerna 3 och 4 illustrerar översiktligt, i perspektiv respektive uppifrån, en fjärde föredragen utföringsform för utformningen av det monolitiskt integrerade filtret 52.
Ett etsat dike 53 är anordnat längs med sidan hos den tredje vågledaren 5, så att den optiska moden i vågledaren 5 påver- kas av dikets 53 mot vágledaren 5 vettande innervägg 54 samt även möjligen dikets 53 botten. Ett sådant dike 53 anordnas med fördel längs med vågledarens 5 båda sidor, vilket framgår av figur 4. Dikesväggen 54 och/eller dikets botten är korru- gerad 55, så att en första ordningens filterfunktion åstad- koms. Korrugeringen. 55 hos dikesväggen 54 och/eller* dikets botten àstadkoms också företrädesvis med hjälp av etsning, på i sig känt sätt.
Dikets 53 avstånd från vàgledaren 5 och den fysiska geometrin hos den korrugerade väggen 54 avgör filtrets 52 funktionali- tet beträffande filtreringsstyrka, pass-/spärrband, etc., på i sig konventionellt sätt.
Föreliggande uppfinnare har vidare överraskande upptäckt att storleken, i chippets l plan (det plan som illustreras i figurerna 2 och 4), hos dikets 53 bortetsade area samt den totalt bortetsade materialvolymen påverkar kvaliteten hos den korrugerade sidoväggen 54 eller dikesbotten. En alltför liten area gör det svårt för processgaserna att komma åt etsfron- ten, vilket resulterar i försämrad fysisk struktur hos den korrugerade väggen. Detta är naturligtvis inte önskvärt, eftersom detta påverkar filtrets 52 egenskaper. En för stor 10 15 20 25 30 534 300 13 totalt bortetsad materialvolym, å andra sidan, leder till kraftig återväxt under etsningen, vilket också försämrar strukturen hos den korrugerade sidoväggen eller dikesbotten.
Det har visat sig att goda etsresultat kan erhållas beträf- fande korrugeringen hos dikesväggen 54 om diket 53 är minst 0,1 pm, helst minst 0,5 um, brett och maximalt 1000 pm, helst maximalt 250 pm brett. Dikets 53 bredd är den dimension hos diket 53 som syns i figur 4 vinkelrätt mot den tredje vàgle- darens 5 längdriktning.
Det har även visat sig att goda etsresultat kan uppnås i det fall diket 53 når ned till ett djup av mellan 50 och 5000 nm, företrädesvis mellan 200 och 2000 nm. att Detta innebär således tvärsnittsarean för diket 53, vinkelrätt mot dess huvud- sakliga utbredningsriktning, företrädesvis är mellan 0,005 och sooo pmz, hellre mellan 0,1 och 500 pmz.
För att uppnå god filtreringsförmåga är det föredraget att ett sådant monolitiskt integrerat filter innefattar åtminsto- ne cirka l00 gitterperioder, mellan 50 och 300 nm. där varje gitterperiod är cirka Avståndet mellan diket 53 och vågledaren 5 är företrädesvis mellan 0 och 10 pm.
I enlighet med en föredragen utföringsform kan diket vara exponerat mot luft, vilket ger hög brytningsindexskillnad.
Det kan även täckas in av ett dielektrikum såsom SiOx, SiNm BCB eller motsvarande, vilket ger lägre brythingsindexskill- nad men å andra sidan bättre fysiskt skydd för filtret. Detta 10 15 20 534 300 14 val beror till exempel på den kapsling som används för chip- pet 1.
Enligt en föredragen utföringsform är en optisk förstärkare (inte visad) anordnad mellan filtret 52 och den optiska de- tektorn 51. Detta medför att en god detektion kan uppnås även i det fall det infallande ljuset D är förhållandevis svagt och dessutom eventuellt försvagas ytterligare i filtret 52.
Det är föredraget att förstärkaren också är utformad i samma monolitiska grundstruktur som filtret 52 och lasern 41.
Enligt ytterligare en föredragen utföringsform kan vågledaren vara obiaserad eller biaserad i fram- eller backriktningen.
Ovan har föredragna utföringsformer beskrivits. Emellertid är det uppenbart för fackmannen att många förändringar kan göras av de beskrivna utföringsformerna. Sålunda skall uppfinningen inte vara begränsad till de beskrivna utföringsformerna, utan kan varieras inom ramen för de bifogade kraven.

Claims (14)

10 15 20 25 30 534 300 15 P A T E N T K R. A. V
1. Integrerat chip (1) för data- eller telekommunikation eller optisk analys för samtidig sändning över åtminstone en våglängd och nwttagning över åtminstone en annan våglängd, där chippet (1) har en grundstruktur som är lika från en bärare och uppåt över chippets (1) hela yta, där grundstruk- turen innefattar uppskjutande vågledare (2;4;5), utbildade vid chippets (1) övre yta, och där chippet (1) innefattar monolitiskt integrerade komponenter, k ä n n e t a c k n a t a v att chippet (1) innefattar en våglängdsselektiv optisk kopplare (6), en till kopplaren (6) ansluten gitterbaserad laser (41), en till kopplaren (6) ansluten ljusdetektor (51) och ett vàglängdsspecifikt, gitterbaserat filter (52), av att både lasern (41) och filtret (52) är framställda ur samma monolitiska grundstruktur, (41) (52) tion av temperaturen, (41) varvid egenskaperna för lasern och filtret förändras på motsvarande sätt som funk- och. av att filtret (52) (51) samt ogenomsläpp- ligt för de våglängder som lasern (41) utsänder. är anordnat mellan lasern och ljusdetektorn
2. Integrerat chip (1) enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att chippet innefattar en första vågledare (2) (3), från den första porten (3) med en första port där den första vågledaren (2) är expanderad i riktning mot åtminstone en andra (5), (4l), innefattar både ljusdetektorn (52) vàgledare (4) och en tredje vágledare av att den andra vågledaren (4) innefattar lasern av att den tredje (51) är anordnat mellan den expande- (6), vågledaren (5) (52) och filtret och av att filtret rade delen, (51). som innefattar kopplaren och ljusdetektorn 10 15 20 25 30 35 534 300 16
3. Integrerat chip (l) enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att den våglängdsselektiva kopplaren (6) innefattar en WDM-kopplare.
4. Integrerat chip (1) enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v (41) att chippet (1) är anordnat att med hjälp av lasern kunna sända optiska signaler över ett första vàglängdsintervall och samtidigt med hjälp av ljusdetektorn (51) kunna motta optiska signaler över ett andra, från det första våglängdsintervallet skilt, våg- längdsintervall.
5. Integrerat chip (1) (52) enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t a v att filtret är anordnat att vara genomsläppligt för de våglängder som ljusdetektorn (51) detektera. är anordnad att kunna
6. Integrerat chip (1) enligt något av föregående (51) begravt gitter innefattande ett korrugerat mönster i materia- krav, k ä n n e t e c k n a t a v att filtret innefattar ett let under eller över vågledarskiktet, täckt med ett material som har ett annat brytningsindex än det i vilket korrugering- en skapats.
7. Integrerat chip (l) enligt något av föregående (51) krav, k ä n n e t e c k n a t a v att filtret innefattar en fotonisk bandgapsstruktur, innefattande hål på vardera sidan om den tredje vàgledaren (5).
8. Integrerat chip (1) enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t a v att hålen är luftfyllda.
9. Integrerat chip (1) enligt något av föregående (52) korrugering i en yta hos den tredje vàgledaren (5). krav, k ä n n e t e c k n a t a v att filtret innefattar en 10 15 20 25 534 300 17
10. Integrerat chip (l) enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t (53) och längs med den tredje vàgledaren (5) på vardera sidor om (5), (54) och/eller bottenvägg är anordnad i det respektive dikets mot a v att åtminstone ett etsat dike är anordnat bredvid den tredje vågledaren av att en korrugerad sidovägg den tredje vågledaren (5) vettande sida, (52). och av att sidoväg- gens (54) korrugering utgör filtret
11. ll. Integrerat chip (l) enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t (52) a v att filtret innefattar ett bandpassfilter.
12. Integrerat chip (1) enligt något av föregående (52) krav, k ä n n e t e c k n a t a v att filtret innefattar ett bandspärrfilter.
13. Integrerat chip (1) enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v (52) att en optisk förstärkare är anordnad mellan filtret (51). och den optiska detektorn
14. l4. Integrerat chip (1) enligt krav 13, k ä n n e t e c k - n a t a v att den optiska förstärkaren är utformad i samma monolitiska grundstruktur som lasern (41) och filtret (52).
SE0950936A 2009-12-04 2009-12-04 Integrerat chip innefattande laser och filter SE534300C2 (sv)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0950936A SE534300C2 (sv) 2009-12-04 2009-12-04 Integrerat chip innefattande laser och filter
PCT/SE2010/051325 WO2011068458A1 (en) 2009-12-04 2010-12-01 Integrated chip comprising a laser and a filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0950936A SE534300C2 (sv) 2009-12-04 2009-12-04 Integrerat chip innefattande laser och filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE0950936A1 SE0950936A1 (sv) 2011-06-05
SE534300C2 true SE534300C2 (sv) 2011-07-05

Family

ID=44115155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0950936A SE534300C2 (sv) 2009-12-04 2009-12-04 Integrerat chip innefattande laser och filter

Country Status (2)

Country Link
SE (1) SE534300C2 (sv)
WO (1) WO2011068458A1 (sv)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023041171A1 (en) * 2021-09-17 2023-03-23 Huawei Technologies Co., Ltd. Distributed feedback laser with integrated mpd
CN116344572B (zh) * 2023-05-30 2023-08-11 季华实验室 Micro LED结构及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3881252D1 (de) * 1987-03-30 1993-07-01 Siemens Ag Integriert-optische anordnung fuer die bidirektionale optische nachrichten- oder signaluebertragung.
US5123070A (en) * 1990-09-10 1992-06-16 Tacan Corporation Method of monolithic temperature-stabilization of a laser diode by evanescent coupling to a temperature stable grating
SE528653C2 (sv) * 2005-05-30 2007-01-09 Phoxtal Comm Ab Integrerat chip

Also Published As

Publication number Publication date
SE0950936A1 (sv) 2011-06-05
WO2011068458A1 (en) 2011-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4860294A (en) Integrated-optical arrangement for bidirectional optical message or signal transmission
US7184622B2 (en) Integrated volume holographic optical circuit apparatus
US6330378B1 (en) Photonic integrated detector having a plurality of asymmetric waveguides
JP5268733B2 (ja) 光導波素子とその製造方法、半導体素子、レーザモジュール及び光伝送システム
EP2062076B1 (en) Method and system for grating taps for monitoring a dwdm transmitter array integrated on a plc platform
CN108351467A (zh) 具有介质波导的化合物半导体光子集成电路
JP4983910B2 (ja) 光半導体素子
JP2008543077A (ja) 集積チップ
KR100575964B1 (ko) 광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈
US7244923B2 (en) Surface emitting laser device including optical sensor and optical waveguide device employing the same
JP6257544B2 (ja) 半導体レーザー
JP4406023B2 (ja) 光集積素子
JP2008124086A (ja) 受光素子及びこれを搭載した光受信器
SE534300C2 (sv) Integrerat chip innefattande laser och filter
KR102258441B1 (ko) 질화물 반도체 기반의 광 집적회로 및 그 제조방법
US6453105B1 (en) Optoelectronic device with power monitoring tap
US11722224B2 (en) Optical semiconductor device
US20040105609A1 (en) Optoelectronic signal transmission semi-conductor element and method for producing a semi-conductor element of said type
JP4967700B2 (ja) 光半導体素子
JP3887738B2 (ja) 半導体光集積回路装置及びその製造方法
JPS584986A (ja) 分波光検出器
WO2011068459A1 (en) Integrated chip comprising a ditch
KR100346780B1 (ko) 갈륨비소 기판을 사용한 광검출기가 집적된 폴리머 도파로열격자 파장 분할 광소자 및 그 제작방법
Yang et al. Single facet slotted Fabry-Perot laser and its application in photonic integrated circuits
KR100750506B1 (ko) 광감지기를 구비한 표면방출레이저소자 및 이를 적용한광도파로 소자

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed