TWI587590B - 混合雷射技術 - Google Patents

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Description

混合雷射技術 發明領域
本發明實施例大體上係關於光學互連、光學通訊及資料轉移、雷射、混合半導體雷射與矽光子。
發明背景
於許多情況中，使用光學為基礎技術之資料傳輸以及通訊提供優於標準電氣傳導器為基礎之系統的優點。雷射可產生資料可於其上被編碼並且被發送之光(電磁輻射)。一般來說，雷射是依據光子之激勵放射經由光學放大處理產生同調光之設備。利用雷射被產生的光可以是，例如，電磁頻譜之紅外線、可見光、紫外線或X光範圍中之電磁發射。一典型的雷射是由圍繞增益媒體之反射光學腔室以及提供能量至該增益媒體之構件所組成。該增益媒體是反應於被供應至增益媒體的能量而放射光之材料。一雷射可使用電能及/或光能被泵送(亦即，能量可自一外部源被轉移至增益媒體)。
有需要改進光學設備以便更完全地實現高速光學資料發送之可能的優點。應用包含個人電腦、伺服器和資料中心之內部與周圍的光學資料發送以及更遠程資料發送與通訊活動。
本發明係關於一種裝置，其包含一光學波導結構；一 光放射區域，其包括能反應於電能輸入而放射光之半導體材料，其中該光放射區域係光學地耦合至該波導，使得該光放射區域是能發送光至該光學波導；以及在該光學波導和該光放射區域之間的一第一分隔限制異質結構層，與自該第一分隔限制異質結構層接近至該光放射區域並且在該光放射區域之一相對側上的一第二分隔限制異質結構層；其中該第一分隔限制異質結構層、該光放射區域、以及該第二分隔限制異質結構層組成該雷射之一主動區域並且該主動區域不支援一模式。
圖式簡單說明
第1圖展示混合半導體雷射。
第2圖闡明對於混合半導體雷射之另外結構。
第3圖闡明對於混合半導體雷射之主動區域。
第4圖提供對於採用量子點之半導體矽雷射的另外結構。
第5圖展示製造於砷化鎵(GaAs)磊晶之晶圓上以及有助於形成具有包括砷化鎵量子點之主動區域的混合雷射之結構。
第6A-C圖展示有助於混合半導體雷射之波導結構。
第7圖闡明有助於光學資料發送之系統。
較佳實施例之詳細說明
本發明實施例提供電氣泵送之混合半導體雷射。這些混合半導體雷射是可被整合成為並且以矽為基礎之CMOS(互補式金屬氧化物半導體)設備。本發明實施例提供 透過雷射限制至一單橫向雷射模式之具有改進功率輸出穩定性的雷射。換言之，作為進入雷射之主動區域(產生光之區域)的偏壓電流函數之雷射輸出功率的繪圖是不具有不規則尖形之平順曲線。依據本發明實施例之設備是可被使用以轉移在個人電腦、伺服器、資料中心內與在其周圍之資料以及用於更遠程之資料發送。
第1圖提供可電氣地以及光學地被泵送之混合半導體漸逝雷射。於第1圖中，雷射結構100被形成在具有絕緣體110層之基片105上。基片105是，例如，矽，並且絕緣體110層是，例如，二氧化矽。波導結構115是，例如，磊晶矽、P-或N-摻雜矽、非晶矽或多晶矽。波導結構115之二側被包含有較低於波導115材料的折射率之材料的區域120以及122所圍繞。第1圖中，波導115是主脈波導。其他結構及/或形狀之波導結構115可以是，例如，習知技術之帶狀波導以及圓形波導。區域120以及122中之材料是，例如，氣體，例如，空氣或惰性氣體，例如，氬氣或氮氣，於其情況中，區域120以及122也可被考慮是空的空間。於其他實施例中，區域120以及122中之材料是二氧化矽、矽氮化物、矽氮氧化物、SU8(商業上可用的環氧化物為基礎之負型光阻物)、BCB(苯環丁烯(benzocyclobutene)為基礎之聚合物)、或旋塗式玻璃(SOG)。第一連接層(例如，金屬n型二極體接觸層)125電氣地連接電氣接觸點130、132以及133至雷射結構之主動區域135。於本發明一實施例中，雷射100被整合為提供電流至電氣接觸點130以及132之一結構(未被展 示)。電流路徑存在而經由第一連接層125進入主動區域135並且經由包覆層140出去至電氣接觸點133。第一連接層125是，例如，N型銦磷化物(N-InP)。N-InP是，例如，矽摻雜銦磷化物，例如，3e18cm-3矽摻雜銦磷化物。可形成第一連接層125之其他材料包含，例如，包括來自週期表III以及V族之元素的摻雜層。電氣接觸點130、132以及133包括，例如，金屬，例如，金、鉑、銅及/或鋁。包覆區域140包括，例如，P-型銦磷化物並且通常被形成為複數個層。包覆區域140是，例如，鋅摻雜銦磷化物，並且是，例如，1e18cm-3鋅摻雜銦磷化物之材料。包覆層140具有絕緣區域145以及147，其形成經由包覆層140在主動區域135以及電氣接觸點133之間的一電流路徑。包覆區域140鄰接絕緣區域，例如，在不鄰接電氣接觸點區域133以及主動區域135之一側上的區域145以及147。電流路徑被產生，例如，經由蝕刻包覆層140之處理程序。絕緣區域145以及147包括絕緣材料，例如，空氣、二氧化矽、矽氧氮化物、矽氮化物、BCB、SU8及/或SOG。絕緣區域145以及147不包括摻雜或埋置的包覆材料，例如，埋置質子(H+)被形成之銦磷化物，例如，經由在包覆層140邊緣上進行埋置處理程序。絕緣區域145以及147是選擇地被形成在一些或所有的雷射100上之一被動層或被動層(未被展示)部份。被動層保護設備之安全並且通常是氧化物層，例如，二氧化矽，或氮化物，例如，矽氮化物或矽氧氮化物。於一實施例中，操作時，當電壓被施加至接觸點並且電流經由主動區域135流動，電氣接觸點 130以及132被負偏壓並且電氣接觸點133被正偏壓。
第2圖提供用於可電氣地以及光學地被泵送之混合半導體漸逝雷射的另外結構。第2圖中，雷射結構200被形成在具有絕緣體層210，例如，埋置氧化物層(二氧化矽)、矽氧氮化物或矽氮化物之基片205上。基片205是，例如，矽。波導215通常包括磊晶矽、P-或N-摻雜矽、非晶矽或多晶矽。波導結構215至少三個面被包括有較低於波導215材料之折射率的材料之區域210所圍繞。第一連接層(例如，金屬n型二極體接觸層)225電氣地連接電氣接觸點230、232以及233至雷射結構之主動區域235。於本發明一實施例中，混合雷射100被整合於一結構(未被展示)而允許使用電氣接觸點230以及232經由第一連接層225將電流供應進入主動區域235並且經由包覆層240至電氣接觸點233。第一連接層225是，例如，一N-型銦磷化物。N-型銦磷化物是，例如，矽摻雜銦磷化物，例如，3e18cm-3矽摻雜銦磷化物。可形成第一連接層225之其他材料包含，例如，包括來自週期表III以及V族之元素的摻雜層。電氣接觸點230、232以及233包括，例如，金屬，例如，金、鉑、銅及/或鋁。包覆區域240包括，例如，P-型銦磷化物並且通常被形成為複數個層。包覆區域140是，例如，鋅摻雜銦磷化物，並且是材料，例如，1e18cm-3鋅摻雜銦磷化物。包覆層240具有絕緣區域245以及247，其形成經由包覆層240在主動區域235以及電氣接觸點233之間的電流路徑。電流路徑被產生，例如，經由蝕刻包覆層140之處理。絕緣區域245以及247包括絕緣材料， 例如，空氣，二氧化矽、矽氧氮化物、矽氮化物、BCB、SU8及/或SOG。絕緣區域245以及247不包括摻雜或埋置的包覆材料，例如，被埋置質子(H+)的銦磷化物，例如，經由在包覆層240邊緣上被進行之植入處理。絕緣區域245以及247選擇性地被形成在一些或所有的雷射200上之一被動層或被動層(未被展示)部份。一被動層保護設備之安全並且通常是氧化物層，例如，二氧化矽、或氮化物，例如，矽氮化物或矽氧氮化物。於一實施例中，操作時，當電壓被施加至接觸點時，電氣接觸點230以及232被負偏壓並且電氣接觸點233被正偏壓，並且電流經由主動區域235流動。
一般來說，雷射之主動區域是雷射內由於激勵光子之放射的光學增益的來源。光子的放射利用來自泵送源輸入之能量被激勵。主動區域之結構是決定所產生的混合矽波導雷射結構之模式性質的因數。雷射中之複數個模式是比單一模式較不合意，因為複數個模式可能導致雷射輸出功率雜訊以及不穩定性，其時常顯示如對於雷射之功率輸出對電流輸入曲線中的扭結。
第3圖展示依據本發明實施例包含第1以及2圖中展示者之混合矽雷射之主動區域(增益媒體或雷射媒體)。第3圖中，主動區域包括光放射區域305以及二個近接的分隔限制層(SCH)310以及315。光放射區域305包括複數個量子井(MQW)區域，其包括III及V族材料(包括來自週期表IIIA族以及VA族之元素的材料)，例如，鋁鎵砷化銦、銦鋁砷化鎵、如及/或磷砷化鎵銦之砷化鎵/鋁化鎵。一般，量子井是其中 微粒(例如，電子以及電洞)實質上被限制在二維尺度而導致該等微粒接納離散能量值之區域。二維尺度之限制經由減少量子井區域厚度而發生。量子井藉由在具有較寬帶隙的材料間夾持具有較低帶隙的材料而被形成。例如，量子井是由在二個砷化鋁層間有一砷化鎵層或在二個砷化鋁鎵層間有一砷化鎵層所構成。量子井層，例如，可使用分子光束磊晶或化學蒸澱技術被形成。複數個量子井雷射包括複數個量子井層。一般，分隔限制層310以及315是具有較低於複數個量子井區域305的折射率之材料層。SCH層310以及315是包括III-V族材料，例如，鋁鎵砷化銦、磷砷化鎵銦及/或砷化鎵。選擇性地，SCH層310是包括不同於SCH層315的材料。進一步選擇地，SCH層310以及315是P-或N-型層。連接層320與波導325以及包覆區域330被展示以供參考。
第3圖之主動區域的高度，ha，是產生不能支援一模式之主動區域中的數值。一般，一模式可被考慮為沿著一波導具有固定分佈之傳輸的電場分佈，亦即，當它傳輸時，電場分佈不變化。一引導模式傳輸而無繞射。用以決定一主動區域是否可支援用於板狀波導之模式的方法利用下列方程式被提供：
於其中γ是用於一對稱性之量測值並且利用方程式：γ=(ns 2-nc 2)/(nl 2-ns 2)被得到，其中ns是近接層或基片，例如，連接層320之折射率，nl是核心(主動區域)之折射率，並且 nc是包覆材料之折射率；m是模式數量，並且v c,TE是用於TE模式之截止頻率，該TE模式是橫向電氣光學模式。一板狀波導是由三個主要區域所構成：具有折射率nl之核心、具有折射率ns之基片、以及具有折射率nc之包覆層。一般，在三個折射率之間的關係是nl>ns>nc。對於m等於零(m=0)之方程式(1)的解答提供用於截止頻率，v c,TE，之數值。標準化頻率，v，是取決於光學波長以及波導幾何之數量。如果光學波導之厚度是2a，標準化頻率，v，被定義如：
其中λ是利用核心區域被放射的光(電磁波)之波長，nl是核心區域之折射率，並且ns是基片或另一近接層之折射率。如果波導標準化頻率，v，是較大於對於模式m之截止頻率，則模式m存在。因此，於本發明實施例中，波導標準化頻率，v，是較小於截止頻率，v c,TE，對於m=0(方程式(1))，藉由限定波導厚度(主動區域高度，ha)至使得v<v c,TE之數值被產生的條件。於本發明中，板狀波導被設計以至於其不支援任何模式。波導厚度相關於第3圖中之主動區域高度。但是，一旦主動區域之異質結構連結至半導體波導結構，則其支援至少一單一模式。
於第3圖中，主動區域之高度，ha，是光放射區域305之高度(厚度)，h1，以及SCH層310與315之高度，h2與h3之總和。於本發明實施例中，SCH層310以及315之折射率，是在3.2至3.3之間並且包含3.2至3.3的數值。於本發明進一 步的實施例中，光放射區域305之折射率是3.5。其他數值也是可能的並且取決於組成主動區域之層的結構。於本發明實施例中，對於具有折射率數值在3.3以及3.5之間的主動區域，主動區域之高度，ha，是在40nm至400nm之間並且包含40nm至400nm的數值。於不同的實施例中，主動區域之高度，ha，是在50nm及340nm之間並且包含50nm以及340nm的數值或在70nm及330nm之間並且包含70nm以及330nm的數值。例如，如果主動區域之折射率是3.34，則主動區域之厚度是較小於400nm，如果主動區域之折射率是3.4，則主動區域的厚度是較小於160nm，如果主動區域之折射率是3.5，則主動區域之厚度是較小於80nm。於本發明實施例中，光放射區域305之高度，h1，是在7nm以及80nm之間的數值。於本發明實施例中，SCH層310以及315之高度，h2以及h3，是在20nm及200nm之間並且包含20nm以及200nm的數值。選擇性地，SCH層310以及315是相同厚度或不同厚度。於本發明實施例中，SCH層310以及315具有在3.1及3.4之間並且包含3.1以及3.4的折射率數值。
第1-3圖之混合雷射結構被產生，例如，透過，例如，主動區域結構至波導之覆晶基板結合或晶圓結合。不同地，混合雷射結構經由磊晶的沈澱處理程序被形成。
第4圖闡明採用量子點於雷射主動區域中而可被電氣泵送之混合半導體雷射。於第4圖中，雷射結構400被形成在具有絕緣體410層之基片405上。基片405是，例如，矽，並且絕緣體410層是，例如，二氧化矽。波導結構415是， 例如，磊晶矽。波導結構415二側被圍繞具有不同於波導415材料之折射率的材料之區域420以及422。於第4圖中，被展示之波導415是主脈波導。其他結構及/或形狀之波導結構415也是可能的，例如，習知技術之帶狀波導以及圓形波導。區域420以及422中之材料是，例如，氣體，例如，空氣或惰性氣體，例如，氬氣或氮氣，於其情況中，區域420以及422也可被考慮是空的空間。於其他實施例中，區域420以及422中之材料是二氧化矽、矽氮化物、矽氧氮化物、BCB、SU8及/或SOG。第一連接層(例如，金屬N型二極體接觸層)425電氣地連接電氣接觸點430、432以及433至雷射結構之主動區域435。於本發明一實施例中，雷射400被整合為一結構(未被展示)，該結構允許使用電氣接觸點430以及432以經由第一連接層425將電流注入主動區域435並且經由包覆層440出去至電氣接觸點433。第一連接層425是包括，例如，N-型砷化鎵。一N-型砷化鎵是，例如，矽摻雜鎵砷化物，例如，5e18cm-3矽摻雜砷化鎵。可形成第一連接層425之其他材料包含，例如，摻雜層，包括來自週期表III以及V族之元素。電氣接觸點430、432以及433是，例如，金屬，例如，金、鉑、銅及/或鋁。包覆區域440是，例如，P-型砷化鎵或砷化鎵鋁並且通常被形成為複數個層。P-型砷化鎵鋁被摻雜，例如，鈹，例如，5e17cm-3砷化鎵鋁鈹。包覆層440具有絕緣區域445以及447，其形成經由包覆層440在主動區域435以及電氣接觸點433之間的電流路徑。包覆區域440鄰接絕緣區域，例如，在不鄰接電氣接觸點區域 433以及主動區域435之一側上的區域445、447。電流路徑被產生，例如，經由蝕刻包覆層440之處理程序。於本發明實施例中，在波導415以及主動區域435之間沒有金屬層。絕緣區域445以及447包括一絕緣材料，例如，空氣、二氧化矽、矽氧氮化物、矽氮化物、BCB、SU8或SOG。絕緣區域445以及447選擇性地是被形成在一些或所有的雷射400上之一被動層或一被動層(未被展示)部份。被動層保護設備之安全並且通常是氧化物層，例如，二氧化矽，或氮化物，例如，矽氮化物或矽氧氮化物。於不同實施例中，絕緣區域445以及447被摻雜或被埋置包覆材料，例如，被埋置質子(H+)之砷化鎵或砷化鎵鋁(例如，經由在包覆層440邊緣上被進行之植入程序被形成)。於一實施例中，操作時，當電壓被施加至接觸點時，電氣接觸點430以及432被負偏壓並且電氣接觸點433被正偏壓並且電流經由主動區域435流動。選擇性地，主動區域435包含SCH層。
對於第4圖之雷射的主動區域435包括量子點，該等量子點包括砷化鎵、砷化銦或砷化鎵銦。於本發明一實施例中，該等量子點包括砷化鎵。於本發明進一步的實施例中，該等量子點包括砷化鎵銦。一般，量子點是半導體材料之小的晶體，於其中對於電子以及電洞之狀態經由三維空間之限制被量化。量子點之電氣特性是有關於量子點微粒之尺度以及形狀。量子點可被構成，例如，經由自我聚合沈澱處理程序或經由分子光束磊晶技術或金屬-有機化學蒸澱技術之任一者。於本發明實施例中，量子點被使用以取 代第1-3圖之雷射結構主動區域中的量子井。
第5圖展示可供用於製造具有包括砷化鎵量子點之主動區域的混合雷射之量子點III-V族磊晶結構。第5圖中，砷化鎵磊晶基片505具有砷化鎵鋁蝕刻停止層510、砷化鎵P型包覆層515(P-型砷化鎵包括，例如，鈹摻雜物，例如，5e18cm-3鈹摻雜)、一砷化鎵鋁P型包覆層520(P-型砷化鎵鋁包括，例如，鈹摻雜物，例如，5e17cm-3鈹)、砷化鎵量子點主動區域525、N型砷化鎵鋁層530(N-型砷化鎵鋁包括，例如，矽摻雜物，例如，5e18cm-3矽)，N型砷化鎵層535(N-型砷化鎵包括，例如，矽摻雜物，例如，5e18cm-3矽)，並且區域540-555包括砷化鎵鋁/砷化鎵超柵格材料。第5圖之結構結合至絕緣體上之矽(SOI)晶圓，該晶圓具有接近矽波導結構之結構500的量子點雷射部份之蝕刻波導。結合砷化鎵鋁/砷化鎵超柵格至波導結構可發生，例如，經由砷化鎵鋁/砷化鎵超柵格材料上之半導體層的形成。於本發明實施例中，金屬層不被使用於將2個結構連結一起。結合後，砷化鎵基片被移除，台地被成型，並且量子點被蝕刻。在台地形成之後，埋置金屬被沈積在台地頂部上並且該結構接受一質子植入程序。該質子植入程序產生P-型砷化鎵包覆區域中之電流限制。於一不同實施例中，包覆區域中之電流限制藉由蝕刻包覆區域側面被達成。在植入之後，N型接觸金屬被沈積。
一般，波導是由核心以及至少部份地圍繞該核心之包覆層或基片所構成。核心材料之折射率是較高於圍繞的材 料(包覆層)。對於經由核心內之全體內部反射的光波，波導作用如一徑由器。在光學通訊操作之波長(例如，紅外線波長)波導是可穿透。依據本發明實施例於雷射之主動區域中產生的光直接地耦合進入波導結構。
第6A-C圖提供可供用於本發明實施例之許多不同的波導結構，例如，關於第1-5圖說明的那些。第6A-C圖之波導是可作用如用於混合矽雷射之雷射腔(或光學腔)。熟習本技術者應明白，其他光學腔室結構也是可能的。第6A-C圖展示關於第1、2以及4圖中展示之結構而被轉動90度並且沿著橫向中線(分別地是1-1、2-2以及4-4)被切成薄片之結構。第6A圖中，基片605承載絕緣體610層(對於依據第1圖之設備，其將不被呈現)以及波導615。波導615具有光於其中被反射之區域620以及622。光反射區域被產生，例如，藉由鉋光該波導表面或提供一塗層至光反射區域620及/或622中之波導415的表面。連接層625以及主動區域630被展示以供參考。混合雷射之光放射區域光學地耦合至波導並且在混合雷射之光放射區域中被產生的光是可進入波導。反射層622允許一些光退出雷射設備(如利用箭號635之指示)。第6B圖中，除了光反射區域622是光格柵623之外，特點是相同於第6A圖般地被指示。同樣地，於第6C圖中，除了光反射區域620以及622是光格柵之外，特點是相同於第6A圖般地被指示。於本發明一實施例中，對於波導的有用尺度是0.4μm之高度，0.2μm之主脈深度以及0.5-1μm之寬度。
第7圖提供一系統，其可被使用以光學地發送資料。第 7圖中，依據本發明實施例，一積體電路晶片705包括複數個混合矽雷射710。雖然10個混合雷射710被展示，混合矽雷射可以是小型的尺度，其允許更多混合雷射整合至一單晶片上。少至一混合雷射之混合雷射710在一晶片上也是可能。可選擇地，混合矽雷射經由關聯之波導的性質修改而輸出不同波長的光。其他實施例中，量子點之使用允許經由量子點尺度的修改之雷射輸出波長的變化。混合矽雷射是可與其他系統構件整合在積體電路晶片上。第7圖之一些或所有的系統構件選擇性地被整合於單一半導體晶片。用於混合雷射(未被展示)之電氣控制/泵送電路選擇性地直接被整合至在其上形成雷射之基片上。波導715光學地連接混合雷射710至編碼資訊之光學調變器720。光輸出接著可傳送至多工器725，其傳送混合雷射710之輸出進入波導730。可選擇地，波導730是單一光纖。光學接收器735是可接收來自波導730輸出之光。光學接收器735包括解多工器(未被展示)，其將來自波導730之輸入光信號切割成為攜帶資訊之構件波長，複數個波導(未被展示)光學地耦合至解多工器，並且複數個檢測器(未被展示)光學地被耦合並且可檢測來自接收器735之波導的光。構件波長經由複數個波導被導引進入可檢測光之檢測器。該等檢測器是，例如，矽鍺(SiGe)光檢測器。
依據本發明實施例設備在其上被建立之基片是，例如，矽晶圓或絕緣體上矽基片。雖然本發明實施例並不依據於被使用之基片型式，矽晶圓是通常被使用於半導體處理工業中之基片。基片也可包括鍺、銦銻化物、鉛碲化物、銦 砷化物、銦磷化物、鎵砷化物、鎵銻化物及/或其他III-V族之單獨的任何材料或與矽或二氧化矽或其他絕緣材料之組合。組成雷射以及相關電氣的設備被建立在基片表面上。另外地，基片選擇性地承載可進行或協助計算功能之執行，例如，資料輸入、資料處理、資料輸出以及資料儲存之電子。
熟習相關技術者應明白，本發明所有被展示並且被說明之揭示以及各種構件之組合與替代可以有各種之修改以及變化。所有這說明有關之“一實施例”或“一個實施例”意謂著配合實施例被說明之特定特點、結構、材料或特性被包含於本發明至少一實施例中，但是並不表示它們得出現在每個實施例中或所有者都得出現在相同實施例中。更進一步地，特定特點、結構、材料或特性可於一個或多個實施例中以任何適當的方式被組合。各種另外的層及/或結構可被包含且/或所說明之特點可於其他實施例中被省略。
100、200、400‧‧‧雷射結構
105、205、405、505、605‧‧‧基片
110、210、410、610‧‧‧絕緣體
115、215、325、415、615、715、730‧‧‧波導
120、122、210、305、420、422‧‧‧光照區域
125、225、425‧‧‧第一連接層
130、132、133、230、232、233、430、432、433‧‧‧電氣接觸點
135、235、435、525、630‧‧‧主動區域
140、240、515、520‧‧‧包覆層
145、147、245、247、445、447‧‧‧絕緣區域
310、315‧‧‧分隔限制層(SCH)
320、625‧‧‧連接層
330、440‧‧‧包覆區域
500‧‧‧量子點磊晶雷射結構
510‧‧‧蝕刻停止層
530‧‧‧N型砷化鎵鋁層
535‧‧‧N型砷化鎵層
540-555‧‧‧超柵格區域
620、622‧‧‧光反射區域
623‧‧‧光格柵
635‧‧‧箭號
705‧‧‧積體電路晶片
710‧‧‧混合矽雷射/混合雷射
720‧‧‧光學調變器
725‧‧‧多工器
735‧‧‧接收器
ha‧‧‧主動區域高度
第1圖展示一混合半導體雷射。
第2圖闡明對於混合半導體雷射之另外結構。
第3圖闡明對於混合半導體雷射之主動區域。
第4圖提供對於採用量子點之半導體矽雷射的另外結構。
第5圖展示在砷化鎵(GaAs)磊晶之晶圓上的製造結構以及有助於形成具有包括砷化鎵量子點之主動區域的混合雷射。
第6A-C圖展示有助於混合半導體雷射之波導結構。
第7圖闡明有助於光學資料發送之系統。
100‧‧‧雷射結構
105‧‧‧基片
110‧‧‧絕緣體
115‧‧‧波導
120、122‧‧‧光放射區域
125‧‧‧第一連接層
130、132、133‧‧‧電氣接觸點
135‧‧‧主動區域
140‧‧‧包覆層
145、147‧‧‧絕緣區域

Claims (23)

  1. 一種光學裝置，其包含：一光學波導；一光放射區域，其包括能反應於電能之輸入而放射光之半導體材料，其中該光放射區域係光學地耦合至該光學波導，使得於該光放射區域中所產生之光是能進入至該光學波導；一第一分隔限制異質結構層，其在該光學波導和該光放射區域之間；及一第二分隔限制異質結構層，其接近至該光放射區域並且在從該第一分隔限制異質結構層之該光放射區域之一相對側上，其中該裝置進一步包含用以指出橫向電氣光學模式之一截止頻率，及對應於該裝置之一主動區域之幾何的一標準化頻率，其中該標準化頻率係小於該截止頻率以避免支援該裝置之該主動區域中之一模式，其中該第一分隔限制異質結構層、該光放射區域、以及該第二分隔限制異質結構層組成該裝置之該主動區域，其中該主動區域之一高度提供該光學波導之該標準化頻率，以保持小於該光學波導之該截止頻率，以供避免支援該模式，且其中該主動區域之該高度係於40至400奈米(nm)之間，且包括40及400奈米。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該光學波導包括矽。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其另外地包含接近至該 主動區域並且在相對該光學波導之該主動區域的一側上之一包覆區域，其中該包覆區域部份地界定供在該主動區域和一外接電壓源之間電流流動的一路徑。
  4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中供電流流動之該路徑係藉由該包覆區域之邊界而被界定，並且不是部分地或完全地由該包覆區域之部份的一氫埋置區域所界定。
  5. 如申請專利範圍第3項之裝置，其更包含在該主動區域和該光學波導之間的一電氣連接層，其中該電氣連接層進一步界定供在該主動區域和一外接電壓源之間電流流動的該路徑。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主動區域包括複數個量子井。
  7. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主動區域包括複數個量子井，該等量子井包括砷化鎵銦(InGaAs)、砷化鎵鋁(AlGaAs)、或砷化鎵銦鋁(InAlGaAs)。
  8. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主動區域包括量子點。
  9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主動區域包括由砷化鎵組成之量子點。
  10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該光學波導係光學地耦合至一調變器，該調變器係光學地耦合至一多工器。
  11. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該裝置、該調變器以及該多工器被配置在一積體電路晶片上。
  12. 一種光學裝置，其包括：一光學波導，一光放射區域，其包括能反應於電能之輸入而放射光之半導體材料，其中該光放射區域係光學地耦合至該光學波導，使得於該光放射區域是所產生之光能進入至該光學波導；一第一分隔限制異質結構層，其在該光學波導和該光放射區域之間；以及一第二分隔限制異質結構層，其接近至該光放射區域並且在從該第一分隔限制異質結構層之該光放射區域之一相對側上；其中該裝置由用以指出橫向電氣光學模式之一截止頻率及對應於該裝置之一主動區域之幾何的一標準化頻率來特徵化，其中該標準化頻率係小於該截止頻率以避免支援該裝置之該主動區域中之一模式，其中該第一分隔限制異質結構層、該光放射區域、以及該第二分隔限制異質結構層組成該裝置之該主動區域，其中該主動區域具有提供該光學波導之該標準化頻率以保持小於該光學波導之該截止頻率之一高度，以供避免支援該模式，並且其中該主動區域之該高度在50nm至340nm或70nm至330nm之範圍中。
  13. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該光學波導包括矽。
  14. 如申請專利範圍第12項之裝置，其另外地包含接近至該主動區域並且在相對該光學波導之該主動區域的一側 上之一包覆區域，其中該包覆區域部份地界定供在該主動區域和一外接電壓源之間電流流動的一路徑。
  15. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中供電流流動之該路徑係藉由該包覆區域之邊界而被界定並且不是由該包覆區域之部份的一氫埋置區域所界定。
  16. 如申請專利範圍第14項之裝置，其更包含在該主動區域和該光學波導之間的一電氣連接層，其中該電氣連接層進一步界定供在該主動區域和一外接電壓源之間電流流動的該路徑。
  17. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該主動區域包括複數個量子井。
  18. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該主動區域包括複數個量子井，該等複數個量子井包括砷化鎵銦(InGaAs)、砷化鎵鋁(AlGaAs)或砷化鎵銦鋁(InAlGaAs)。
  19. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該主動區域包括量子點。
  20. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該主動區域包括由砷化鎵組成之量子點。
  21. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該光放射區域具有在7nm至80nm範圍中之厚度。
  22. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該光學波導係光學地耦合至一調變器，該調變器係光學地耦合至一多工器。
  23. 如申請專利範圍第22項之裝置，其中該裝置、該調變器 以及該多工器被配置在一積體電路晶片上。
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