SE528653C2 - Integrerat chip - Google Patents

Integrerat chip

Info

Publication number
SE528653C2
SE528653C2 SE0501217A SE0501217A SE528653C2 SE 528653 C2 SE528653 C2 SE 528653C2 SE 0501217 A SE0501217 A SE 0501217A SE 0501217 A SE0501217 A SE 0501217A SE 528653 C2 SE528653 C2 SE 528653C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
waveguide
integrated chip
chip according
port
chip
Prior art date
Application number
SE0501217A
Other languages
English (en)
Other versions
SE0501217L (sv
Inventor
Christofer Silfvenius
Original Assignee
Phoxtal Comm 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 Phoxtal Comm Ab filed Critical Phoxtal Comm Ab
Priority to SE0501217A priority Critical patent/SE528653C2/sv
Priority to CNA2006800190226A priority patent/CN101185209A/zh
Priority to KR1020077030132A priority patent/KR20080016880A/ko
Priority to EP06733508A priority patent/EP1886389A4/en
Priority to CA002609644A priority patent/CA2609644A1/en
Priority to PCT/SE2006/050139 priority patent/WO2006130094A1/en
Priority to US11/921,159 priority patent/US7599586B2/en
Priority to JP2008514595A priority patent/JP2008543077A/ja
Publication of SE0501217L publication Critical patent/SE0501217L/sv
Publication of SE528653C2 publication Critical patent/SE528653C2/sv

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F55/00—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto
    • H10F55/18—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto wherein the radiation-sensitive semiconductor devices and the electric light source share a common body having dual-functionality of light emission and light detection
    • 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
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • 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
    • G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
    • 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
    • G02B6/12007—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 forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • 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
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29316—Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide
    • G02B6/29325—Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide of the slab or planar or plate like form, i.e. confinement in a single transverse dimension only
    • H01L27/15—
    • H01L31/125—
    • 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
    • H01S5/12—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 the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] 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
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F55/00—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • 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
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • 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
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
    • 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
    • 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
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4068—Edge-emitting structures with lateral coupling by axially offset or by merging waveguides, e.g. Y-couplers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H29/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one light-emitting semiconductor element covered by group H10H20/00
    • H10H29/10—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Description

30 528 65.53 åtminstone en, tvà eller fler våglängder där chippet både kan utnyttjas för att utsända ljus och för att kunna detektera ljus, där chippet innefattar en vågledare med en första port, av att vågledaren är expanderad från den första porten i riktning mot åtminstone en andra vågledare och en tredje vågf ledare med åtminstone en andra port respektive en tredje port, vilka är placerade parallellt eller i vinkel och på avstånd från varandra och utmärkes av att chippet har en grundstruktur, som är lika från en bärare och uppåt över chippets hela yta, av att nämnda vågledare är utbildade vid chippets övre yta genom att grundstrukturen etsats ned så att uppskjutande vågledare är utbildade och av att chippets olika nämnda komponenter är monolitiskt integrerade.
Nedan beskrives uppfinningen närmare, delvis i samband med ett på bifogade ritningar visade utföringsexempel av uppfin- ningen, där - figur 1 visar en skiss av ett monolitiskt integrerat chip enligt uppfinningen - figur 2 visar ett tvärsnitt genom en grundstruktur enligt uppfinningen - figur 3 schematiskt illustrerar en funktion i ett optiskt system där uppfinningen tillämpas - figur 4 schematiskt illustrerar en annan funktion i ett optiskt system, där uppfinningen tillämpas - figur 5 visar en alternativ uppkoppling - figur 6 visar två sammankopplade komponenter enligt uppfin- ningen.
Uppfinningen avser således ett monolitiskt integrerat chip där flera funktioner som sändning och mottagning av ett antal våglängder integrerats till en enhet. hzklocworkkättat slutiöreläggandcinldoc, 2006-10-20 10 15 20 25 30 528 ess» Som grundläggande princip för att uppnå en metod för monoli- tisk integration direkt i det material som delkomponenterna tillverkas av, offras något av varje ingående komponents prestanda i form av t.ex. höjda interna förluster eller be- gränsningar i moduleringshastighet på grund av att den gemen- samma grundstrukturen anpassas till alla ingående komponen- ter. Antagligen blir inte grundstrukturen optimerad för någon individuell delkomponents funktion.
Emellertid slår de tillkomma förlusterna etc. inte helt ut funktionaliteterna utan begränsar endast dessa något så att den resterande prestandan räcker till för att möta tekniska krav inom en rad tillämpningar.
Föreliggande uppfinning avser således ett integrerat chip för data-, telekommunikation och optisk analys för åtminstone en, två eller fler våglängder där chippet både kan utnyttjas för att utsända ljus och för att kunna detektera ljus inom ett brett spektrum, t.ex. 1480-1600 nm för data- och telekommuni- kation eller annat spektrum för optisk analys.
I figur 1 visas schematiskt ett monolitiskt integrerat chip enligt uppfinningen, innan metallisering, med inkopplingsvàg- ledare, MMI-kopplare (eng. Multi Mode Inter-ferometer) och DFB-lasrar (eng. Distributed Feedback) på utgångarna. Enligt uppfinningen innefattar chippet 1 en vågledare 2 med en för- sta port 3 in i eller ut ur vilken ljus är avsett att ledas.
Vågledaren 2 är expanderad från den första porten 3 i rikt- ning mot en andra vågledare 4 med en andra port 5 och en tredje vågledare 6 med en tredje port 7, vilka portar 5, 7 är placerade parallellt eller i vinkel och pà avstånd fràn var- andra. Portarna 5, 7 är anordnade att leda ljus in och ut.
Enligt uppfinningen är chippets 1 olika komponenter monoli- tiskt integrerade. hàdocworkkättat slutfiireläggandeinldoc, 2006-10-20 10 75 20 25 30 Enligt uppfinningen kan den expanderade delen av vågledaren 2 efter kopplaren utmynna i fler än två portar.
Enligt en föredragen utföringsform utgör vardera av den andra 4 och den tredje 6 vågledaren tillsammans med ett respektive gitter 9, 10 en respektive RWG-DFB-laser, vilka lasrar är av- stämda till olika eller lika våglängder.
För att detektera inkommande ljus är det föredraget att an- ordna fotodetektorer 25, 26, såsom fotodioder, i stället för lasrar eller lysdioder, eller fotodetektorer placerade efter DFB-lasrarna som monitorer för lasrarnas eller lysdiodernas status över komponentens livstid.
Enligt en annan föredragen utföringsform är vid den första vàgledaren 2, den andra 4 och/eller den tredje vågledaren 6 lysdioder anordnade.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar den expanderade delen 8 av vågledaren en vàglängdsselektiv kopplare för att uppnå simultan bidirektionell funktionali- tet. Härvid kan våglängdsselektiva kopplare av typen MMI-, evanescent, array-waveguide-kopplare etc. användas, vilket teoretiskt inte ger någon effektförlust eftersom allt ljus av en viss våglängd går till den port där den ska detekteras och vice versa för sändning.
Föredraget är dock en MMI-kopplare (Multi Mode Interferome- ter) eftersom den är produktionsstabil och kan göras polari- sationsoberoende. Vidare kan den hantera flera våglängder och portantalet kan varieras. Den är dessutom möjlig att tillver- ka till låg kostnad. Även en evanescent kopplare, med eller utan ett avstånd mellan de ingående vàgledarna, har liknande fördelar som MMI-kopplaren, men är dessutom helt utan intern hàdocworkhâttat slutfóreläggandeinldoc, 2006-10-20 10 75 20 25 30 528 655' reflektion från portarna. Den evanescenta kopplaren kan bestå av två eller fler vàgledare.
En MMI-vågledare 8 låter den inkommande fundamentala moden expandera till en kombination av flera högre ordningens moder och den fundamentala moden. Det interferensmönster som upp- står beror pà tjocklekarna och brytningsindex i grundstruktu- ren och övrigt material som tillkommit i processen samt de fysiska måtten på MMI-vågledaren. Det är möjligt att designa en lx2 MMI på så sätt att på ett visst avstånd från inporten (motsvarande MMI:ns längd) har de två inkommande våglängderna superpositions maxima på olika platser (relativt MMI:ns bredd) där respektive utgàngsport placeras. MMI:n samt de öv- riga kopplarna kan ha en symmetrisk funktion, d.v.s. om ut- gàngsportarna fungerar som optiska ingångar, kommer ljuset från bägge ingàngsportarna söka sig till den enda utgàngspor- ten. MMI:n och den evanescenta kopplaren kan designas som po- larisationsoberoende vilket är av stor vikt. Vidare kan de göras kompakta vilket är av vikt för lågkostnadstillämpningarA och för att minska den optiska absorptionen.
Enligt en alternativ utföringsform innefattar den expanderade delen 8 av vågledaren en s.k. stjärnkopplare (star coupler).
En star coupler expanderar den från fibern inkomna optiska moden så att två portar kan placeras bredvid varandra. Vari- anter av DFB-filter eller annat filter placeras vid de paral- lella portarna så att bara en våglängd kan passera per port.
Detta är en kompakt lösning men en stor del av den inkommande optiska effekten förloras i förluster.
I det fall den expanderade delen 8 av vågledaren innefattar en stjärnkopplare är ett icke visat våglängdsselektivt filter utbildat vid den andra 5 respektive tredje porten 7. hàdocworkhättat slutforelâggandejnldoc, 2006-10-20 70 15 20 25 30 528 6523 I figur 2 visas en grundstruktur enligt uppfinningen. I ex- emplet i figur 2 är grundstrukturen processad till en RWG-_ laser.
På ett substrat av InP (eller GaAs) tillverkas epitaxiella lager med MOCVD eller MBE.
Uppifrån och ned innefattar grundstrukturen en Ti/Pt/Au p- kontakt 11, ett p-InGaAs kontaktlager 12, ett SiNx eller SiOx skikt 13, ett p-InP claddinglager 14, ett lager av p-SCH: InGaAsP eller AlInGaAs 15, ett lager 16 av kvantbrunnar 24 omgivna av barriärlager eller bägge ersatta av ett bulklager 23. Till höger i figur 2 visas lagret 16 i större skala, där det framgår att lagret 16 innefattar 1 till 24 omväxlande kvantbrunnar och barriärlager för alstrande av en våglängd, exempelvis 1310 nm eller alternativt l till 24 omväxlande kvantbrunnar och barriärlager eller bägge lagertyperna ersat- ta av ett bulklager för alstrande eller detektion av en andra våglängd, exempelvis 1550 nm i bandet 1480-1600 nm. För att erhålla en polarisationsoberoende fotodetektor kan med stor fördel ett bulklager användas för lika stor känslighet för TE- och TM-moder hos den inkommande signalen. Alternativt kan en polarisationsoberoende fotodetektor erhållas m.h.a. stressoptimering av kvantbrunnspaketet eller bulklagren så TE- och TM-moderna absorberas i liknande grad i fotodetek- torn. Vidare innefattar grundstrukturen ett lager n-SCH: InGaAsp eller AlInGaAs 17, följt av ett buffertlager 18 av n- InP, med exempelvis tjockleken 0.5 um, och ett n-cladding la- ger, med exempelvis tjockleken l um. Därunder finns ett n-InP substrat 19, en n-kontakt 20 av exempelvis 500 Å Ti-W, följt av Au med exempelvis en tjocklek av 1000-4000 Å. Vidare finns ett lod 21 och en bärare 22 av exempelvis CuW, AlN eller lik- nande. Tjockleken hos lager 15 och 17 kan vara 1.1 pm, hos hàdocworkvâttat slutñmlâggandejnldoc, 2006-10-20 " 10 75 20 25 30 528 653 lagret 19 80-120 um. Bredden hos vàgledarna 2, 5, 7 kan Vara 5 - 15 pm.
Skiktet SiNx/SiOx kan uteslutas och etsdjupet kan variera från p-cladding till n-cladding och återodlas eller fyllas ut med PCBW eller liknande polymerer. För en MMI används samma process men vågledarbredden kan vara upp till 100 um bred.
En grundstruktur enligt uppfinningen kan tillverkas med sed- vanliga metoder såsom MOCVD (eng. Metal Organic Chemical Vapour Deposition), MBE (eng. Molecular Beam Epitaxy) och antalet följande processteg kan hållas till väldigt få om man kan nå tillräcklig funktionalitet hos delkomponenterna med ett gemensamt etsdjup. Fler etsdjup är givetvis tillämpbart och kan förbättra systemets prestanda, men fördyrar tillverk- ningen något vilket kan vara ett hinder om man är intresserad av extremt låga tillverkningskostnader i nivå med t.ex. CD- ROM lasrar. Dock kan djupare etsdjup krävas för optisk och elektrisk isolation mellan de ingående delkomponenterna.
Nämnda grundstruktur täcks med resist och ett mönster defini- eras med E-beam, litografi eller interferensmönster för att sedan torr- eller vàtetsas till en vågledarstruktur.
Etsen kan avslutas i p-kontaktskikt, p-cladding, aktiva vàg- ledaren eller n-claddingen.
Strukturen kan sedan eventuellt genomgå en återodling med re- sistiv InP, GaAs, InGaAs, InGaAsP, InAlGaAs eller eventuellt täckas med PCB eller liknande polymer delvis upp till eller över kanten på vàgledarna eller efter ny resisttäckning där kontakteringsytor (pads) definierats, täckas med ca 500 Å Ti, 500 Å Pt och lOO0-4000 Å Au via förångning eller sputtring och därpå genomgå metall lift-off processning. hndocworkkättat slutibrelåggandejnLdoc, 2006-10-20 70 15 20 25 30 528 653 Strukturen kan eventuellt täckas med kiselnitrider, kiseloxi- der eller annat dielektriskt material och varefter kiselnit- riden etc. öppnas så att efterföljande metallisering får di- rekt kontakt med halvledaren i valda områden men blockeras från kontakt i andra områden.
Strukturen kan sedan tunnas ned från baksidan och poleras till en total tjocklek av 80-120 um innan baksidan metallise- ras med sputtring (förângning) med 500 Å Ti-W legering och 1000-4000 Å Au. Eventuellt kan baksidan förses med en 4000- SOOOÅ tjock eutektisk legering av Au-Sn medelst förångning eller sputtering.
'I princip finns tre alternativ för chippets utförande.
Ett första alternativ är baserat på en grund vågledare, s.k. ridge wave guide (RWG), vilket ger en svag koppling av ljuset till vàgledaren. Fördelen är att metoden används för masspro- duktion av t.ex. 980 nm pumplasrar och att det känsliga akti- va skiktet inte etsas igenom. Det finns dessutom goda resul- tat med en variant av RWG-lasrar som inte har SiNx eller SiOx di-elektrikum mellan kontaktmetall och halvledare och där strömmen i princip kan ta sig från metall till halvledare i bortetsade områden, d.v.s. på sidan om vågledaren. I prakti- ken går strömmen dock in enbart i ett högdopat p-kontakt skikt i toppen av vågledaren, d.v.s. den del som inte är bortetsad.
Det är dessutom troligt att den stress som ofta finns i SiNx - eller SiOx-materialet med tiden drar sönder halvledarmate- rialet och degraderar komponenter. Mycket stabila komponenter har presenterats utan mellanliggande dielektrikum. En stor fördel för att uppnå låga tillverkningskostnader är att man slipper känsliga processteg där öppningar ska göras i SiNX- hàdocworkkättat slutfiíreläggandeinldoc, 2006-10-20 10 75 20 25 30 35 528 653 eller SiOX-materialen för att möjliggöra kontaktering till halvledaren på rätt plats. Alternativt finns endast ett be- tydligt okänsligare steg kvar, nämligen att kontaktpads defi- nieras med en noggrannhet av +/- 2-l0um i ett litografisteg jämfört med en noggrannhet av +/- 1-Zpm om kontaktöppningar ska göras.
Dessutom minskar antalet steg där det förekommer resist på den yta som senare ska täckas in med Ti-Pt-Au eller liknande, där resistrelaterade rester ofta ger ökad kontaktresistans eller rent av försämrar utbytet drastisk eftersom de är svåra att upptäcka under tillverkningen på grund av att de är ge- nomskinliga och endast ca 10-50 Å tjocka.
Ett andra alternativ är en standard RWG process enligt en 980 nanometers typ av pumplaser med SiNx/SiOx eller PCB eller an- nan polymer som dielektrikum. Detta alternativ är dyrare än nämnda första alternativ, men ger något högre prestanda.
Ett tredje alternativ är att göra en djupare ets genom den aktiva vàgledaren och àterodla komponenterna med resistiv InP medelst MOCVD eller HVPE. Detta alternativ ger bättre kompo- nentprestanda, men är samtidigt det dyraste tillverkningsal- ternativet, men ger också den högsta prestandan.
Föreliggande integrerade chip kan tillverkas enligt alla alternativen.
Etsning kan ske med torr- eller vàtetsmetoder och maskdefini- tionen kan ske med litografi eller elektronstråleritning. DFB och DBG-gitter (eng. Distributed Bragg grating) kan definie- ras med elektronstràleritning eller optisk interferens. Det mest direkta tillverkningssättet är att använda elektronstrå- leritning för att definiera både alla vàgledartyper och DFB och/eller DBG-gitter samtidigt och kombinera det med en tor- hndncworkkâüat slutföreläggandeinldoc, 2006-10-20 10 15 20 25 30 528 aaah 10 retsprocess som etsar fram både vàgledare och DFB och/eller DBR-gittren i samma processteg.
Det kan dock inte uteslutas att lämpliga våtetsmetoder kan användas.
Designmässigt är MMI:n och den evanescenta kopplaren flexibla och kan tillverkas i en rad varianter, med varierande antal portar och våglängdskänslighet. T.ex. kan vi tänka oss det kommersiellt intressanta fallet där vårt fall adderas med en port mottagande signaler vid 1490 nm och att en fotodiod pla- ceras vid den porten, på samma sätt kan en s.k. "triplexer" byggas upp och som vanligtvis sitter i bostäder och tar emot data på 1550 nm, sänder data på 1310 nm (bägge digitalt koda- de) och tar även emot analogt kodad kabel-TV pà 1490 nm. På samma sätt kan chippet tillverkas för den andra länksidan, som sänder på 1550 och 1490 nm och tar emot information på 1310 nm. i Kombinationen av facettfria lasrar med kaviteter helt defini- erade av gitter och ljus som leds direkt vidare till varian- ter av MMI-vàgledare, direkt upplinjerade mot varandra i tillverkningen öppnar möjligheter även för andra tillämpning- ar. T.ex. med en lxN MMI med N utgångar anslutna till N st. lasrar med varierande lasringsvâglängd ÄN, enligt t.ex. ITU- kanalerna är antagligen driftsstabilare m.a.p. våglängdsdrift jämfört med alternativa lösningar. Alla våglängder finns dessutom alltid tillgängliga, och därmed är tiden för byte av våglängd i princip noll i avstämbara applikationer. Alterna- tivt kan N kanaler användas samtidigt, eller N/2 kanaler sam- tidigt och N/2 kanaler fungera som backup-alternativ. MMI- och evanescenta kopplare etc. bör dessutom kunna kaskadkopp- las om det finns fördelar med att separera våglängds- eller hàdocwoddxättat slulíörcläggandejnldoc, 2006-10-20 10 15 20 25 30 528 653 11 vågledarhanteringen i enheter som kan designas/tillverkas för mer specifika krav än en större MMI- eller annan kopplare.
I figur 3 visas ett exempel på användning av föreliggande chip 1. En singelmodfiber 27 leder ljus av två våglängder 1310 nm (eller liknande i bandet 1260-1360 nm) 1550 nm (eller liknande i bandet 1480-1600 nm) respektive till och från den första porten 3. Ljuset selekteras i MMI:n 1 så att våg- längden 1310 nm kommer till vågledaren 4 medan våglängden 1550 nm kommer till vågledaren 6. På motsvarande sätt alstras våglängden 1310 nm med lasern i vågledaren 4 och ljus med våglängden 1550 nm kan alstras med lasern i vågledaren 6. Den vanligaste användningen torde vara sändning på en våglängd och mottagning på en våglängd.
I figur 4 visas i princip samma sak som i figur 3, men i fi- gur 4 har MMI:n 1 utförts med tre parallella vågledare 28, 29, 30 utförda som lasrar eller fotodetektorer. Infallande ljus i singelmodfibern 27 kan t.ex. ha två olika våglängder, exempelvis 1490 och 1550 nm. Medelst MMI:n selekteras de tre olika våglängderna till var sin av de tre vàgledarna 28, 29 och 30 varav utsändning sker på l310nm (alternativt sändande på 1490 och 155 nm och mottagande på 1310 nm).
I figur 5 illustreras en uppkoppling där infallande ljus, i en singelmodfiber 2 som har fyra olika våglängder, uppdelas i en första MMI 30 utan gitter i vågledarna 34, 36 så att två av våglängderna selekteras till en första vågledare 34 och resterande två våglängderna selekteras till en andra vågleda- re 36. En vågledare 32 leder ljuset till en andra MMI 31 och en vågledare 33 leder ljuset till en tredje MMI 32. I respek? tive MMI 31 och 32 delas ljuset upp så att ljus av endast en våglängd selekteras till varje vågledare 37 - 40. Vågledarna 37 - 40 kan innefatta lasrar för aktuell våglängd. Eftersom h:\docwork\rättat slutförelâggandeinldoc, 2006-I0-20 10 15 20 25 30 528 653 12 kopplarna är rekursiva kan varje port konfigureras som sända- re eller mottagare.
Figur 6 visar två sammankopplade komponenter enligt uppfin- ningen. Detta kan åstadkommas genom att utnyttjande två kom- ponenter l som tillverkats till en enhet innan klyvning för kontrollmätning direkt på wafer, vilket sänker tillverknings- kostnaden.
Ovan har ett antal utföringsformer beskrivits. Det är uppen- bart att dessa kan modifieras av fackmannen för att anpassas till aktuell tillämpning.
En tillämpning är biologisk analys av prover, där optisk il- luminering sker med en bredbandig ljuskälla (lysdiod 1100- 2000nm) eller ett eller flera smalbandiga (laser) delspektra där mottaging av luminscent ljus från provet leds via en vàglängdsselektiv kopplare till unika fotodetektorer. Andra typer av kopplare kan tänkas vara tillämpbara som flerkanalig vàglängdsuppdelare så att våglängdsselektionen ökar till fler portar. Mottagningsområdet för fotodetektion och ljusemission via lysdiod eller laser (1100-2000 nm) kan utökas med hjälpy av subbandsabsorption för fotodioden och kaskadkoppling i aktiva regionen av lysdiod och lasrar (>2000 nm).
Föreliggande uppfinning skall därför inte anses begränsad till ovan angivna utföringsformer, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram. hzklocworkkättat slutföxeläggandejnldoc, 2006-10-20

Claims (11)

10 75 20 25 30 528 653 13 Patentkrav
1. Integrerat chip för data-, telekommunikation och optisk analys för åtminstone en, tvâ eller fler våglängder där chip- pet både kan utnyttjas för att utsända ljus och för att kunna detektera ljus, där chippet (1) innefattar en vàgledare (2) med en första port (3), där vàgledaren (2) är expanderad från den första porten (3) i riktning mot åtminstone en andra våg- ledare (4) och en tredje vågledare (6) med åtminstone en and- ra port (5) respektive en tredje port (7), Vilka är Placerade parallellt eller i vinkel och på avstånd från varandra k ä n- n e t e c k n a t av att chippet har en grundstruktur, som är lika fràn en bärare (22) och uppåt över chippets hela yta, av att nämnda vågledare är utbildade vid chippets övre yta genom att grundstrukturen etsats ned så att uppskjutande våg- ledare är utbildade och av att chippets (1) olika nämnda kom- ponenter är monolitiskt integrerade.
2. Integrerat chip enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att vardera av den andra (4) och den tredje (6) vägleda- ren innefattar ett gitter (9,l0), varigenom vardera vägleda- ren utgör en laser och av att de två lasrarna är avstämda till lika eller olika våglängder.
3. Integrerat chip enligt krav 1, k ä n n_e t e c k n a t a v att vid den första vågledaren (2), den andra (4) och/el- ler den tredje vågledaren (6) är lysdioder anordnade.
4. Integrerat chip enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k- n a t a v att fotodetektorer (25,26), (4,6) är anordnade att detektera inkommande såsom fotodioder, pla- cerade efter lasrarna som monitorer för lasrarna eller i stället för lasrar, ljus. hådocworkhâttat slutiörcläggandejnldoc, 2006-10-20 10 75 20 25 30 523 653 14
5. Integrerat chip enligt krav l, 2, 3 eller 4, K ä H H e _ t e c k n a t a v att i den expanderade delen av vågledaren (2) är en evanescent kopplare utbildad.
6. Integrerat chip enligt krav l, 2, 3 eller 4, K ä H Û e ” t e c k~n a t a v att i den expanderade delen av vàgledaren (2) är en MMI utbildad.
7. Integrerat chip enligt krav 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a t a v att i den expanderade delen av vàgledaren (2) är en s.k. stjärnkopplare (star coupler) utbildad.
8. Integrerat chip enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t a v att vid den andra (5) respektive tredje porten (7) är etï våglängdsselektivt filter (25,26) utbildat.
9. Integrerat chip enligt krav 1, 2, 3, 4, 5, 5, 7 eller 3, k ä n n e t e c k n a t a v att chippet (1) innefattar två skikt (l5,l7) av InGaAsP eller AlInGaAs, och av att mellan nämnda tvá skikt förefinns en stack av kvantbrunnar (24) om- givna av barriärlager (23) eller kvantbrunnar och barriärer ersatta av ett bulk lager.
10. Integrerat chip enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t a v att kvantbrunnarna eller bulklagret (24) är utbildade i InGaAsP eller AlInGaAs och barriärlagren (23) AlInGaAs. i InGaAsP eller
11. ll. Integrerat chip enligt något av föregående krav, k ä n- n e t e c k n a t a v att den expanderade delen av vägleda- ren (2) efter kopplaren utmynnar i fler än två portar. hàdocworkvättat slutföreläggandejnldoc, 2006-l0-20
SE0501217A 2005-05-30 2005-05-30 Integrerat chip SE528653C2 (sv)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0501217A SE528653C2 (sv) 2005-05-30 2005-05-30 Integrerat chip
CNA2006800190226A CN101185209A (zh) 2005-05-30 2006-05-18 集成芯片
KR1020077030132A KR20080016880A (ko) 2005-05-30 2006-05-18 집적 칩
EP06733508A EP1886389A4 (en) 2005-05-30 2006-05-18 INTEGRATED CHIP
CA002609644A CA2609644A1 (en) 2005-05-30 2006-05-18 Integrated chip
PCT/SE2006/050139 WO2006130094A1 (en) 2005-05-30 2006-05-18 Integrated chip
US11/921,159 US7599586B2 (en) 2005-05-30 2006-05-18 Integrated chip
JP2008514595A JP2008543077A (ja) 2005-05-30 2006-05-18 集積チップ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0501217A SE528653C2 (sv) 2005-05-30 2005-05-30 Integrerat chip

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE0501217L SE0501217L (sv) 2006-12-01
SE528653C2 true SE528653C2 (sv) 2007-01-09

Family

ID=37481930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0501217A SE528653C2 (sv) 2005-05-30 2005-05-30 Integrerat chip

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7599586B2 (sv)
EP (1) EP1886389A4 (sv)
JP (1) JP2008543077A (sv)
KR (1) KR20080016880A (sv)
CN (1) CN101185209A (sv)
CA (1) CA2609644A1 (sv)
SE (1) SE528653C2 (sv)
WO (1) WO2006130094A1 (sv)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL166810A0 (en) * 2005-02-10 2006-01-15 Univ Ramot All-optical devices and methods for data processing
SE534300C2 (sv) * 2009-12-04 2011-07-05 Ekklippan Ab Integrerat chip innefattande laser och filter
SE0950938A1 (sv) * 2009-12-04 2011-06-05 Ekklippan Ab Optisk kopplare
SE534346C2 (sv) * 2009-12-04 2011-07-19 Ekklippan Ab Integrerat chip innefattande dike
JP5742344B2 (ja) * 2011-03-20 2015-07-01 富士通株式会社 受光素子、光受信器及び光受信モジュール
US9748427B1 (en) * 2012-11-01 2017-08-29 Hrl Laboratories, Llc MWIR photodetector with compound barrier with P-N junction
KR102163734B1 (ko) * 2014-02-18 2020-10-08 삼성전자주식회사 실리콘 기판 상에 반도체 광증폭기와 통합 형성된 양자점 레이저 소자
CA2984884A1 (en) * 2014-05-15 2015-11-19 Kellbenx Incorporated Preparation of fetal nucleated red blood cells (nrbcs) for diagnostic testing
WO2016051698A1 (ja) * 2014-10-02 2016-04-07 日本電気株式会社 リブ型光導波路およびそれを用いた光合分波器
GB2534917B (en) * 2015-02-05 2017-09-27 Toshiba Res Europe Ltd A quantum communication system and a quantum communication method
KR20180000616A (ko) * 2016-06-23 2018-01-03 주식회사 포벨 반도체 레이저 장치
US10481333B2 (en) * 2017-07-06 2019-11-19 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Athermal silicon photonics wavelength locker and meter
CN111326950B (zh) * 2020-03-03 2021-06-08 中国科学院半导体研究所 基于电极光栅的双波长可调谐半导体激光器

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6089990A (ja) * 1983-10-21 1985-05-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 光集積回路
JPS60176289A (ja) * 1984-02-22 1985-09-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 光集積回路
JPS63160391A (ja) * 1986-12-24 1988-07-04 Toshiba Corp 分布帰還型半導体レ−ザ装置
DE3931588A1 (de) * 1989-09-22 1991-04-04 Standard Elektrik Lorenz Ag Interferometrischer halbleiterlaser
JPH04196272A (ja) * 1990-11-27 1992-07-16 Mitsubishi Electric Corp 光集積デバイス
JPH04207078A (ja) * 1990-11-30 1992-07-29 Fujitsu Ltd 光半導体装置
DE4130047A1 (de) * 1991-09-10 1993-03-18 Standard Elektrik Lorenz Ag Verfahren zum betreiben eines halbleiterbauelements als optisches filter und halbleiterbauelement zur durchfuehrung des verfahrens
DE4223175A1 (de) * 1992-07-15 1994-01-20 Sel Alcatel Ag Endstelleneinrichtung für simultanen bidirektionalen optischen Informationsaustausch
JPH07142699A (ja) * 1993-11-19 1995-06-02 Hitachi Ltd 半導体光集積素子及びその製造方法
JPH07307516A (ja) * 1994-05-13 1995-11-21 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> 波長可変半導体レーザ装置
JPH08201648A (ja) * 1995-01-26 1996-08-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光導波回路
US5987050A (en) * 1998-11-16 1999-11-16 Lucent Technologies, Inc. Laser transmitter based on a coupler and having a controlled output port
AU2001271373A1 (en) * 2000-06-20 2002-01-02 The Regents Of The University Of California Tunable laser cavity sensor chip
SG93242A1 (en) * 2000-06-21 2002-12-17 Univ Singapore Multi-wavelength semiconductor lasers
JP2002164608A (ja) * 2000-11-27 2002-06-07 Mitsubishi Electric Corp 光半導体装置およびその製造方法
JPWO2002078144A1 (ja) * 2001-03-27 2004-07-15 シャープ株式会社 半導体装置及び結晶成長方法
GB0201950D0 (en) * 2002-01-29 2002-03-13 Qinetiq Ltd Multimode interference optical waveguide device
US7006719B2 (en) * 2002-03-08 2006-02-28 Infinera Corporation In-wafer testing of integrated optical components in photonic integrated circuits (PICs)
US20040105476A1 (en) 2002-08-19 2004-06-03 Wasserbauer John G. Planar waveguide surface emitting laser and photonic integrated circuit
CA2462178C (en) 2002-10-08 2012-04-03 Infinera Corporation Transmitter photonic integrated circuit (txpic) chips
JP4149245B2 (ja) * 2002-10-11 2008-09-10 矢崎総業株式会社 給電装置とそれを用いたハーネス配索構造
EP1458069A1 (en) * 2003-03-12 2004-09-15 Agilent Technologies, Inc. - a Delaware corporation - Widely tunable DBR laser source

Also Published As

Publication number Publication date
EP1886389A1 (en) 2008-02-13
KR20080016880A (ko) 2008-02-22
SE0501217L (sv) 2006-12-01
EP1886389A4 (en) 2011-03-30
CN101185209A (zh) 2008-05-21
JP2008543077A (ja) 2008-11-27
CA2609644A1 (en) 2006-12-07
US7599586B2 (en) 2009-10-06
WO2006130094A1 (en) 2006-12-07
US20090041407A1 (en) 2009-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10718898B1 (en) Integrated active devices with improved optical coupling to dielectric waveguides
US8110823B2 (en) III-V photonic integration on silicon
EP2386891B1 (en) Transparent photonic integrated circuit
US6888973B2 (en) Tunable optical add/drop multiplexer with multi-function optical amplifiers
US6714566B1 (en) Tunable laser source with an integrated wavelength monitor and method of operating same
US6707600B1 (en) Early warning failure detection for a lasing semiconductor optical amplifier
CN103259185B (zh) 硅激光器-量子阱混合晶片结合的集成平台
US9612398B2 (en) Ultra-broadband photonic integrated circuit platform and ultra-broadband photonic integrated circuit
EP3170043A1 (en) 3d photonic integration with light coupling elements
WO2000052789A2 (en) A tunable laser source with an integrated wavelength monitor and method of operating same
US7599586B2 (en) Integrated chip
CN106663916B (zh) 半导体激光装置
Hu et al. Multimode WDM optical data links with monolithically integrated multiple-channel VCSEL and photodetector arrays
CN118103743A (zh) 具有增加相容性的载流子注入器
KR102258441B1 (ko) 질화물 반도체 기반의 광 집적회로 및 그 제조방법
JP3149979B2 (ja) 光検出装置及び発光装置
JP2007258657A (ja) 面発光レーザ装置、受光装置及びそれを用いた光通信システム
GB2378069A (en) Vertically integrated optical transmitter and receiver
SE0950936A1 (sv) Integrerat chip innefattande laser och filter
CN100405538C (zh) 集成光子器件
EP1391756A1 (en) Wavelength-selective distributed Bragg reflector device
JP6513412B2 (ja) 半導体光集積素子
Heck et al. Hybrid and heterogeneous photonic integration
Jahed VCSEL and Integration Techniques for Wavelength-Multiplexed Optical Interconnects
Jahed VCSEL Techniques for Wavelength-Multiplexed Optical Interconnects

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed