專利名稱：非對(duì)稱波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及光通信設(shè)備領(lǐng)域，更具體涉及激光器。
背景技術(shù)：
光子集成電路(PIC)提供了一個(gè)集成技術(shù)平臺(tái)，該平臺(tái)逐漸被用作形成復(fù)雜的光電路。PIC技術(shù)允許多個(gè)光設(shè)備(無論是有源的還是無源的)被集成到一個(gè)單一襯底上。例如，PIC可包括集成的激光器、集成的接收機(jī)、波導(dǎo)、檢測(cè)器、半導(dǎo)體光放大器(SOA)、光柵和其它有源和無源的半導(dǎo)體光設(shè)備。將有源和無源設(shè)備單片集成到PIC提供了在光學(xué)通信中使用的有效的集成技術(shù)平臺(tái)。
一個(gè)特定的通用PIC平臺(tái)技術(shù)是集成雙波導(dǎo)(TG)結(jié)構(gòu)。雙波導(dǎo)使用易消失的場(chǎng)耦合將有源和無源的波導(dǎo)結(jié)合在垂直方向的耦合器幾何位置上。TG結(jié)構(gòu)僅需要一個(gè)單一外延生長(zhǎng)步驟來生成將有源和無源設(shè)備在其上層疊和裝配的結(jié)構(gòu)。即，TG提供了一個(gè)平臺(tái)技術(shù)，通過該技術(shù)各種不同的PIC(每種具有不同的布線和元件)都可以從同一基本晶片裝配而成。當(dāng)取消外延再生長(zhǎng)的需要時(shí)，由后生長(zhǎng)成形來限定集成元件。另外，使用后生長(zhǎng)處理步驟來決定PIC上的設(shè)備位置和類型時(shí)，在基于TG的PIC上的有源和無源元件最好是可分離的。
但是，由于光學(xué)模式之間的相互作用，現(xiàn)有的TG結(jié)構(gòu)具有波導(dǎo)耦合極大地依賴于設(shè)備長(zhǎng)度的缺點(diǎn)。對(duì)于如激光器等的PIC設(shè)備，由于其對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)本身的變化很敏感，光學(xué)模式之間的相互作用將導(dǎo)致不能控制產(chǎn)生激光的閾值電流和到無源波導(dǎo)的耦合。對(duì)變化的敏感是由現(xiàn)有的TG結(jié)構(gòu)中傳播的不同光學(xué)模式之間的相互作用引起的。該相互作用導(dǎo)致激光腔中構(gòu)造性和破壞性的干涉，該干涉影響設(shè)備的閾值電流、模態(tài)增益、耦合效率和輸出耦合參數(shù)?，F(xiàn)有的TG結(jié)構(gòu)由于設(shè)備長(zhǎng)度、奇/偶模式相互作用和層疊結(jié)構(gòu)的變化，具有性能特性的敏感性不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。
在序列號(hào)為09,337,785，于1999年6月22日申請(qǐng)，題目為“TwinWaveguide Based Design for Photonic Integrated Circuits”的美國(guó)專利申請(qǐng)中，申請(qǐng)人公開了一個(gè)修正后的TG結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被稱為非對(duì)稱雙波導(dǎo)(ATG)，該TG結(jié)構(gòu)致力于解決傳統(tǒng)TG結(jié)構(gòu)的一些性能問題，在這里通過引用其全文內(nèi)容將其結(jié)合進(jìn)來。該ATG結(jié)構(gòu)通過將不同模式的光限制在不同的波導(dǎo)中傳播而顯著地降低了模態(tài)干涉。這是通過設(shè)計(jì)包含在雙波導(dǎo)中的每個(gè)單一模式波導(dǎo)，使在兩個(gè)波導(dǎo)中的每一個(gè)中傳播的光模式都具有不同的有效折射率來實(shí)現(xiàn)的?？赏ㄟ^在第一和第二波導(dǎo)之間的共振的和隔熱的光能量耦合來使該非對(duì)稱波導(dǎo)橫向上逐漸變細(xì)，以減少耦合損耗。該非對(duì)稱波導(dǎo)設(shè)計(jì)顯著地降低了光模式之間的相互作用，因此，代表了傳統(tǒng)TG設(shè)備的巨大改進(jìn)。
由于該ATG希望成為一個(gè)通用平臺(tái)，申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到需要提供經(jīng)常被推薦、但從沒有由PIC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光設(shè)備。因此，在專利申請(qǐng)序列號(hào)為09/717,851，于2000年11月21日申請(qǐng)，題目為“PhotonicIntergrated Detector Having a Plurality of Asymmetic Waveguides”的美國(guó)專利申請(qǐng)中，申請(qǐng)人公開了一種基于非對(duì)稱波導(dǎo)設(shè)計(jì)的光檢測(cè)器設(shè)備，在這里通過引用其全文內(nèi)容將其結(jié)合進(jìn)來。光檢測(cè)器PIC的一個(gè)實(shí)施例包括多于兩個(gè)的非對(duì)稱波導(dǎo)。該非對(duì)稱波導(dǎo)光檢測(cè)器在很高的頻率上具有高度的響應(yīng)度和可操作性。
非對(duì)稱波導(dǎo)光檢測(cè)器設(shè)備的發(fā)展表明了非對(duì)稱波導(dǎo)PIC的巨大希望。但是，仍然需要發(fā)展其它類型的PIC設(shè)備。尤其是，需要改善諸如電吸收調(diào)制激光器(EML)等的激光器設(shè)備。EML通常被用作光纖通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)。典型地，一個(gè)EML設(shè)備包括一個(gè)與在激光器輸出的電吸收調(diào)制器集成在一起的激光器。例如，該激光器可以是分布式反饋(DFB)或者分布式布拉格反射器(DBR)設(shè)備，這些設(shè)備持續(xù)操作以確保輸出功率和波長(zhǎng)的穩(wěn)定性。電吸收(EA)調(diào)制器被光耦合到激光器輸出并且對(duì)由激光器生成的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。
有很多困難是與生成單片集成的高速EML有關(guān)的。首先，典型地，激光器和調(diào)制器的有源區(qū)域需要以不同波長(zhǎng)發(fā)射的量子勢(shì)阱。通過設(shè)計(jì)具有不同厚度和/或不同材料的激光器和調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)約束。另外，在激光器和調(diào)制器之間需要有效的光耦合，同樣，在DBR激光器的情況下，在激光器的有源區(qū)域和光柵之間也需要有效的光耦合。更進(jìn)一步，在激光器和調(diào)制器的有源設(shè)備之間需要有效的電隔離以避免兩個(gè)設(shè)備之間的交擾。
典型地，裝配單片EML設(shè)備的現(xiàn)有方法包括多個(gè)半導(dǎo)體再生步驟以分離地裝配激光器和EA調(diào)制器，或者在一個(gè)特別準(zhǔn)備好的襯底上的單一生長(zhǎng)，其中，介電掩膜在晶片的鄰近區(qū)域生成不同的能帶隙。這兩種方法中的任一種都很復(fù)雜，并且典型地，會(huì)導(dǎo)致低產(chǎn)量，因此完成的產(chǎn)品具有很高的成本。
因此，在本領(lǐng)域需要一個(gè)提供有效耦合和有效隔離的改進(jìn)EML，并且可以相對(duì)便宜地制造該EML。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)單的說，本發(fā)明滿足了本領(lǐng)域內(nèi)的這些和其它需要。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種基于單片非對(duì)稱雙波導(dǎo)的電吸收調(diào)制激光器設(shè)備。該激光器設(shè)備包括具有諸如多量子勢(shì)阱區(qū)域的增益區(qū)域的第一波導(dǎo)，主要用于放大第一光模式；和具有在其中形成的調(diào)制器的第二波導(dǎo)，用于調(diào)制在第二波導(dǎo)中傳播的第二光模式，并且具有與第一光模式不同的有效折射率。第一波導(dǎo)垂直地位于第二波導(dǎo)上部，并且具有在其中形成的橫向錐形，用于在第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)之間移動(dòng)光。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，第一光模式在第一波導(dǎo)中被放大后，通過橫向錐形被傳送到第二波導(dǎo)中。在第二波導(dǎo)的末端，光遇到調(diào)制器，該調(diào)制器使調(diào)制后的光信號(hào)從設(shè)備中射出。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了包含多于兩個(gè)垂直集成的非對(duì)稱波導(dǎo)的電吸收調(diào)制激光器設(shè)備。該激光器設(shè)備包括具有諸如多量子勢(shì)阱區(qū)域的增益區(qū)域的第一波導(dǎo)，主要用于放大第一光模式；在其中具有分布式布拉格反射器的第二波導(dǎo)，主要用來引導(dǎo)與第一光模式的折射率不同的第二光模式；和具有在其中形成調(diào)制器的第三波導(dǎo)，用來調(diào)制在第三波導(dǎo)中傳播的第三光模式并且其有效折射率與第二光模式不同。第一波導(dǎo)垂直地位于第二波導(dǎo)上部，第二波導(dǎo)垂直地位于第三波導(dǎo)上部。第一波導(dǎo)具有在其中形成的橫向錐形，用于在第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)之間傳送光，第二波導(dǎo)具有在其中形成的橫向錐形，用于將光從第二波導(dǎo)傳送到第三波導(dǎo)。第一光模式在第一波導(dǎo)中被放大后通過橫向錐形被傳送到第二波導(dǎo)。光在第二波導(dǎo)中以第二光模式傳播，并通過橫向錐形被傳送到第三波導(dǎo)。第三波導(dǎo)中的調(diào)制器使信號(hào)在設(shè)備的輸出端被調(diào)制。
仍根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了一個(gè)使用了分布式反饋(DFB)激光器的電吸收調(diào)制激光器設(shè)備。該DFB調(diào)制激光器設(shè)備包括第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)。第一波導(dǎo)具有一個(gè)增益區(qū)和在其中的光柵，以形成一個(gè)DFB激光器。從DFB激光器輸出的信號(hào)通過橫向錐形被傳送到第二波導(dǎo)，在第二波導(dǎo)管中調(diào)制信號(hào)。在第一波導(dǎo)中傳播的光的有效折射率與在第二波導(dǎo)中傳播的光模式不同。
根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制激光器提供了在激光器和調(diào)制器之間的有效的光耦合，同時(shí)，提供了在激光器和調(diào)制器設(shè)備之間的有效電隔離。進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制激光器可通過僅需要一個(gè)單一外延生長(zhǎng)步驟的處理來制造。后生長(zhǎng)處理步驟決定激光器和調(diào)制器的位置。其簡(jiǎn)化了制造過程，且容許了產(chǎn)量高、成本相對(duì)較低的集成方法。
本發(fā)明的其它方面將在下面進(jìn)行詳述。


從下面的結(jié)合附圖的本發(fā)明的優(yōu)選示例實(shí)施例的詳細(xì)描述中，可更清楚地了解本發(fā)明的其它特征。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的局部透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的另一實(shí)施例的截面圖；圖5A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的制造步驟流程圖；圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的另一個(gè)實(shí)施例的制造步驟流程圖；圖6提供了根據(jù)本發(fā)明的激光器和調(diào)制器的光致發(fā)光(photoluminscence)頻譜強(qiáng)度與光致發(fā)光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線；圖7A提供了根據(jù)本發(fā)明的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器設(shè)備的通過調(diào)制器的輸出功率與電流的關(guān)系曲線；圖7B提供了根據(jù)本發(fā)明的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的輸出功率的消光系數(shù)與施加的調(diào)制器電壓的關(guān)系曲線；圖8是根據(jù)本發(fā)明的非對(duì)稱波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的局部透視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的非對(duì)稱波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的截面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的非對(duì)稱波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的制造步驟流程圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的局部透視圖；圖12A是根據(jù)本發(fā)明的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的截面圖；圖12B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的另一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
具體實(shí)施例方式
將參照?qǐng)D1到12B在下面描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選示例實(shí)施例、具有上述優(yōu)點(diǎn)的系統(tǒng)和方法。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能認(rèn)識(shí)到，根據(jù)這些附圖在這里所給出的描述只是為了表明發(fā)明目的而不是為了以任何方式限制發(fā)明的范圍。有關(guān)發(fā)明的范圍的所有問題都可以通過參考所附的權(quán)利要求來解決。
總的來說，本申請(qǐng)主要針對(duì)單片集成非對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在同樣未決的、專利申請(qǐng)序列號(hào)為09/337,785、于1999年6月22日申請(qǐng)、題目為“Twin Waveguide Based Design for Photonic Integrated Circuits”的美國(guó)專利申請(qǐng)中，公開了一種非對(duì)稱雙波導(dǎo)(ATG)設(shè)計(jì)，在這里通過引用該申請(qǐng)的全文內(nèi)容將其結(jié)合進(jìn)來?？偟膩碚f，ATG設(shè)計(jì)使用了兩個(gè)波導(dǎo)，其中設(shè)計(jì)每一波導(dǎo)從而主要引導(dǎo)一種模式光，每一模式具有不同的有效折射率。波導(dǎo)之一中的橫向錐形引起波導(dǎo)間的光耦合。橫向錐形操作地將在第一波導(dǎo)中傳播的光模式的有效折射率改變到主要在第二波導(dǎo)中傳播的第二模式。這個(gè)轉(zhuǎn)變發(fā)生在錐形長(zhǎng)度方向上。因而，具有第一折射率的光模式可在錐形的起點(diǎn)開始在第二波導(dǎo)中傳播，并通過錐形區(qū)域末端轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈陀行д凵渎实牡诙饽Ｊ剑洚a(chǎn)生了基本上被鎖定在第二波導(dǎo)中傳播的模式。
本發(fā)明主要針對(duì)具有在其中形成的橫向錐形的多個(gè)垂直集成非對(duì)稱波導(dǎo)的激光器PIC設(shè)備。根據(jù)發(fā)明的第一方面，提供了具有雙非對(duì)稱波導(dǎo)設(shè)計(jì)的電吸收調(diào)制激光器設(shè)備。光在第一波導(dǎo)長(zhǎng)度上被放大并通過橫向錐形被耦合到第二波導(dǎo)。調(diào)制器操作地調(diào)制在第二波導(dǎo)中傳播的光。這樣，在第一非對(duì)稱波導(dǎo)中生成和放大的光將通過第二非對(duì)稱波導(dǎo)中的調(diào)制器來調(diào)制。
圖1提供了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的示例非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的透視圖。如所示出的，電吸收調(diào)制激光器設(shè)備110包括一個(gè)激光器區(qū)域104和一個(gè)調(diào)制器區(qū)域106。由激光器區(qū)域104生成的信號(hào)通過調(diào)制器106來調(diào)制。
總的來說，設(shè)備110包括位于襯底112上的第一波導(dǎo)114和第二波導(dǎo)116。通過參考圖2和3在下面的詳細(xì)描述，波導(dǎo)114具有一個(gè)在其上形成的增益區(qū)域，用于放大在波導(dǎo)中傳播的光。通過在波導(dǎo)114上形成的橫向錐形122將在波導(dǎo)114中傳播的光傳送到波導(dǎo)116。波導(dǎo)116具有在其中形成的光柵部分128。光柵部分128與波導(dǎo)114中的增益部分一起操作地形成分布式布拉格反射器(DBR)激光器。這樣，激光器區(qū)域104包括光柵128之間的波導(dǎo)114和波導(dǎo)116的一部分。由DBR激光器區(qū)域104發(fā)射的光進(jìn)入波導(dǎo)116的調(diào)制器區(qū)域106。調(diào)制器區(qū)域106操作地調(diào)制輸出激光器的信號(hào)。
圖2提供了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的示例的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的局部透視圖。如所示出的，單片集成雙波導(dǎo)調(diào)制激光器設(shè)備110位于襯底112上并且包括第一波導(dǎo)114和第二波導(dǎo)116。波導(dǎo)114具有在其中形成的多量子勢(shì)阱區(qū)域118，用于放大在波導(dǎo)114中傳播的光。在一個(gè)實(shí)施例中，量子勢(shì)阱區(qū)域118包括五個(gè)量子勢(shì)阱。激光器電接觸區(qū)域120用于在多量子勢(shì)阱區(qū)域118施加電壓從而生成激光信號(hào)。在示例的實(shí)施例中，選擇包括波導(dǎo)114的材料和這些材料的相對(duì)厚度以主要在波導(dǎo)114中傳播單一光模式。在示例的實(shí)施例中，單一光模式具有3.24左右的有效折射率。
波導(dǎo)114具有在其中形成的橫向錐形122，用于將光傳送到波導(dǎo)116。波導(dǎo)116的逐漸變細(xì)的末端寬度(在這里稱為WTAPEND)是1μm。在示例的實(shí)施例中是錐形的最寬點(diǎn)的一點(diǎn)的錐形寬度(在這里被稱為WTAP)約在1.8和2.2μm之間。從其末端到對(duì)應(yīng)于WTAP的點(diǎn)的錐形長(zhǎng)度(在這里被稱為L(zhǎng)TAP)約在100和1250μm之間。上述的WTAPEND，WTAP和LTAP值導(dǎo)致了約在0.09和0.23度之間的橫向錐形角θ。
波導(dǎo)116位于波導(dǎo)114之下并且與之整體形成。設(shè)計(jì)波導(dǎo)116以主要引導(dǎo)一種光模式，其中該光模式具有比在波導(dǎo)114中傳播的光模式更低的有效折射率。在示例的實(shí)施例中，在波導(dǎo)116中傳播的光模式的有效折射率大約在3.2和3.21之間。
波導(dǎo)116包括多量子勢(shì)阱區(qū)域124，在一個(gè)實(shí)施例中，該區(qū)域包括十個(gè)量子勢(shì)阱。電接觸126被用來在量子勢(shì)阱區(qū)域124上引入反偏壓，以引入能帶隙的移動(dòng)和吸收。反偏壓引起從波導(dǎo)126中輸出的信號(hào)的調(diào)制。
總的來說，由于能量隙失諧(detuning)，多量子勢(shì)阱區(qū)域124對(duì)于激光發(fā)射波長(zhǎng)是透明的。因此，分布式布拉格光柵反射器128被蝕刻到波導(dǎo)116中。結(jié)果是得到一個(gè)頻率穩(wěn)定的分布式布拉格反射器(DBR)激光器104，它的一個(gè)頻率光輸出直接沿著波導(dǎo)116。
如上所述，電吸收調(diào)制激光器的重要的設(shè)計(jì)考慮是在激光器和調(diào)制器之間具有有效的電隔離。電隔離允許了兩個(gè)設(shè)備的獨(dú)立偏壓。圖3提供了圖2所示的非對(duì)稱雙波導(dǎo)激光器的截面圖。如所示出的，波導(dǎo)114包括一個(gè)p摻雜區(qū)域210，多量子勢(shì)阱區(qū)域118和n摻雜區(qū)域212。波導(dǎo)116位于n+摻雜襯底112上部并包括量子勢(shì)阱區(qū)域124和n+摻雜區(qū)域214。n摻雜區(qū)域214與波導(dǎo)114的n摻雜區(qū)域212相鄰。
位于接觸區(qū)126下部的波導(dǎo)116的上覆蓋層214的一部分使用受體擴(kuò)散局部地變?yōu)閜型區(qū)域220。該擴(kuò)散在接觸區(qū)126下的區(qū)域生成p-n結(jié)。通過在接觸區(qū)120和襯底112上施加電壓或者在接觸區(qū)120和層214的側(cè)接觸區(qū)施加電壓，來將正偏壓施加到設(shè)備的激光器部分。在調(diào)制器接觸區(qū)126和襯底112之間施加負(fù)電壓從而在量子勢(shì)阱區(qū)域124上生成反偏壓。在區(qū)域220和覆蓋層214的連接處形成反偏壓的p-n結(jié)，從而在調(diào)制器和激光器之間提供電隔離。這樣，波導(dǎo)組合操作地提供激光器和調(diào)制器之間的電隔離。
在圖4中描述了將電隔離提供給非對(duì)稱雙波導(dǎo)激光器的另一個(gè)實(shí)施例。如所示出的，波導(dǎo)114包括一個(gè)p摻雜區(qū)域310，n摻雜區(qū)域312和量子勢(shì)阱區(qū)域118。波導(dǎo)116位于襯底112上、波導(dǎo)114下。波導(dǎo)116包括n摻雜覆蓋層314，量子勢(shì)阱區(qū)域124和高n+摻雜接觸層316。
在激光器接觸區(qū)120和n+層316上施加對(duì)激光器的正偏壓。在n+接觸層316和襯底112之間施加對(duì)調(diào)制器的反偏壓。這樣，在圖4的實(shí)施例中，激光器和調(diào)制器共用接觸層316作為共同的地。為了更有效地將激光器與調(diào)制器隔離，在n+層312、接觸層316和n+層314中形成離子注入?yún)^(qū)域320。離子注入?yún)^(qū)域在激光器和調(diào)制器之間產(chǎn)生了數(shù)百千歐的電阻。該加入的電阻使兩個(gè)設(shè)備之間的交擾最小化。
如上面提到的，非對(duì)稱波導(dǎo)技術(shù)的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是其有助于使用單一生長(zhǎng)步驟來生成設(shè)備。用來生成如上述參考圖1到圖4的基于非對(duì)稱波導(dǎo)的調(diào)制激光器的晶片將如下述這樣生長(zhǎng)。首先，在(100)p摻雜InP襯底112上生長(zhǎng)一個(gè)0.5μm厚的InP緩沖層。接著生長(zhǎng)調(diào)制器MQW區(qū)域124。MQW區(qū)域124包括十個(gè)發(fā)射波長(zhǎng)約為λ＝1.50μm的InGaAsP量子勢(shì)阱，這些量子勢(shì)阱由九個(gè)能量隙波長(zhǎng)約為λg＝1.2μm的InGaAsP勢(shì)壘(barrier)分隔。這些層夾在兩個(gè)InGaAsP(能量隙波長(zhǎng)λg＝1.05μm)分離限制異構(gòu)(SCH)層之間，每一異構(gòu)層厚度約為0.05μm。接著調(diào)制器的是0.35μm厚的InP層，0.05μm厚的n+摻雜InGaAsP層和另一0.35μm厚的InP層。激光器MQW區(qū)域118生長(zhǎng)在其上面。激光器波導(dǎo)MQW區(qū)域118包括五個(gè)具有發(fā)射波長(zhǎng)約為λ＝1.55μm的InGaAsP量子勢(shì)阱，這些量子勢(shì)阱被能量隙波長(zhǎng)約為λg＝1.2μm的四個(gè)InGaAsP勢(shì)壘分隔。這些層被夾在兩個(gè)厚度約為0.15μm的InGaAsP(能量隙波長(zhǎng)λg＝1.2μm)SCH層之間。在激光器上部生長(zhǎng)0.1μm的InP層，接著是0.02μm的InGaAsP蝕刻停止層和1μm厚的上覆蓋層。最后，在覆蓋層上生長(zhǎng)P+摻雜InGaAsP層(能量隙波長(zhǎng)為λg＝1.2μm)。
圖5A是如圖3所述的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的制造步驟流程圖。該調(diào)制激光器通過一系列光刻掩蔽和蝕刻步驟來制造。如所示出的，在步驟410，通過分子束外(MBE)或金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積(MOCVD)(例如在n+摻雜襯底112上的單一外延步驟)，生長(zhǎng)包括如上所述層的單片結(jié)構(gòu)。在步驟412，通過光刻掩蔽以及遠(yuǎn)離波導(dǎo)116上部蝕刻的外圍層來限定在其中形成橫向錐形122的波導(dǎo)114的輪廓。在步驟414，通過光刻掩蔽以及遠(yuǎn)離襯底112上部蝕刻的外圍層來限定波導(dǎo)116。在步驟416，通過干涉測(cè)量(interferometric)方法或者電子束光刻技術(shù)在波導(dǎo)116上形成光柵128。在步驟418，使用受體雜質(zhì)擴(kuò)散技術(shù)在波導(dǎo)116上形成p+區(qū)域220。在步驟420，分別在波導(dǎo)114和波導(dǎo)116上形成接觸區(qū)120和126。
圖5B是如圖4所描述的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的制造步驟流程圖。如所示出的，在步驟450，通過MBE或MOCVD(例如在p+摻雜襯底112上的單一外延步驟)，生成包括如上所述層的單片結(jié)構(gòu)。在步驟452，通過光刻掩蔽以及遠(yuǎn)離波導(dǎo)116上部蝕刻的外圍層來限定其中形成橫向錐形122的波導(dǎo)114的輪廓。在步驟454，通過掩膜以及遠(yuǎn)離襯底112上部蝕刻的外圍層來限定波導(dǎo)116。在步驟456，通過干涉測(cè)量方法或者電子束光刻技術(shù)在波導(dǎo)116上形成光柵128。在步驟458，使用標(biāo)準(zhǔn)離子注入技術(shù)在波導(dǎo)116內(nèi)形成電隔離區(qū)域320。在步驟460，分別在波導(dǎo)114和波導(dǎo)116上形成接觸區(qū)120和126。
圖6提供了圖4所述的設(shè)備中每個(gè)激光器(由線512表示)和調(diào)制器(由線510表示)的光致發(fā)光頻譜強(qiáng)度與光致發(fā)光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。如所示出的，激光器和調(diào)制器之間在光致發(fā)光波長(zhǎng)上有33nm的移動(dòng)。實(shí)際發(fā)出的激光波長(zhǎng)是1540nm，其從調(diào)制器光致發(fā)光峰值開始失諧了52nm。
圖7A和7B是如圖4所示出的從非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器設(shè)備輸出的曲線。圖7A提供了通過調(diào)制器的輸出功率與激光器驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系曲線。圖7B是輸出功率的消光系數(shù)與施加的調(diào)制器電壓的關(guān)系曲線。
申請(qǐng)人注意到接近于量子勢(shì)阱124、典型地由金屬組成的位置接觸區(qū)126可引起量子勢(shì)阱124內(nèi)傳播的信號(hào)光損耗。因此，需要最大化調(diào)制器接觸區(qū)126和量子勢(shì)阱124之間的距離。在圖1到圖4的調(diào)制激光器中，在波導(dǎo)714和716的連接處的覆蓋層提供了接觸區(qū)126和量子勢(shì)阱124之間的隔離。為了得到調(diào)制器的最優(yōu)操作，覆蓋層的厚度應(yīng)相對(duì)較大，例如，約在1微米范圍內(nèi)。將覆蓋層厚度減少為1微米以下將導(dǎo)致調(diào)制器部分的波導(dǎo)損耗顯著增加。
申請(qǐng)人同樣發(fā)現(xiàn)，波導(dǎo)114和116之間的覆蓋層厚度約為0.5微米時(shí)，設(shè)備110的激光器區(qū)域104操作地最佳。當(dāng)覆蓋層約為0.5微米時(shí)，相對(duì)短的錐形122在波導(dǎo)114和116之間提供了非常低的耦合損耗。增大覆蓋厚度到0.8到1微米之間需要增大錐形長(zhǎng)度，以保持低耦合損耗。但是，增大錐形長(zhǎng)度使錐形對(duì)處理變化很敏感。另外，由于通過量子勢(shì)阱區(qū)域蝕刻引起了錐形內(nèi)的相對(duì)大的非輻射重組，所以長(zhǎng)有源錐形可導(dǎo)致高閾值電流。
因此，對(duì)調(diào)制器區(qū)域106和激光器區(qū)域104的性能的最優(yōu)化表明了相矛盾的設(shè)計(jì)考慮當(dāng)接觸區(qū)126和量子勢(shì)阱124之間的覆蓋厚時(shí)，調(diào)制器工作得最好，而當(dāng)最小化覆蓋時(shí)，激光器工作最佳。為了滿足兩種設(shè)計(jì)考慮，申請(qǐng)人開發(fā)了具有多于兩種非對(duì)稱波導(dǎo)的調(diào)制激光器設(shè)計(jì)。引入第三波導(dǎo)使得激光器和調(diào)制器元件獨(dú)立地達(dá)到最優(yōu)化。
因此，提供了具有多于兩個(gè)非對(duì)稱波導(dǎo)的電吸收調(diào)制激光設(shè)備。光在第一波導(dǎo)長(zhǎng)度上被放大并通過橫向錐形被耦合到第二波導(dǎo)。第二波導(dǎo)包括一個(gè)分布式布拉格反射器，以保證光信號(hào)內(nèi)的功率和波長(zhǎng)的穩(wěn)定。通過第二橫向錐形將通過反射器的光耦合到第三波導(dǎo)。第三波導(dǎo)內(nèi)的調(diào)制器操作地調(diào)制光信號(hào)。
圖8示出了包括多于兩個(gè)非對(duì)稱波導(dǎo)的示例的電吸收調(diào)制激光器設(shè)備710的透視圖。如所示出的，設(shè)備710包括激光器波導(dǎo)712、無源波導(dǎo)714和調(diào)制器波導(dǎo)716，它們都位于襯底718上。選擇包括波導(dǎo)712、714和716的材料及其相對(duì)厚度，以使具有不同有效折射率的不同光模式主要在每一波導(dǎo)中傳播。波導(dǎo)712具有其中形成的橫向錐形722，用于在波導(dǎo)712和波導(dǎo)714之間移動(dòng)光。同樣，波導(dǎo)714具有在其中形成的橫向錐形724，用于在波導(dǎo)714和波導(dǎo)716之間的移動(dòng)光。
波導(dǎo)712包括多量子勢(shì)阱區(qū)域730，用于放大在波導(dǎo)712中傳播的光。激光器電接觸區(qū)域732被用于在多量子勢(shì)阱區(qū)域730上施加電壓，其目的是為了放大波導(dǎo)中的信號(hào)。在示例的實(shí)施例中，選擇包括波導(dǎo)712的材料及其相對(duì)厚度，以使單一光模式主要在波導(dǎo)712中傳播。在示例的實(shí)施例中，單一光模式具有約為3.26的有效折射率。橫向錐形722操作地將放大后的光引導(dǎo)到波導(dǎo)714。在示例的實(shí)施例中，錐形722約在100和250微米之間。
波導(dǎo)714位于波導(dǎo)712下面并與其集成地形成。波導(dǎo)714包括無源傳播區(qū)域733，用于將從波導(dǎo)712接收的光移動(dòng)到光柵部分734。光柵部分714形成了分布式布拉格反射器，其主要反射回光的一個(gè)頻率。
橫向錐形724操作地將在波導(dǎo)714中傳播的光傳送到波導(dǎo)716。波導(dǎo)714由在激光波長(zhǎng)上具有很低損耗的高光學(xué)質(zhì)量材料構(gòu)成，例如匹配InP的InGaAsp柵格。另外，錐形724相對(duì)較長(zhǎng)，例如，在大約250到600微米之間的范圍內(nèi)。高質(zhì)量、低光損耗的材料和長(zhǎng)錐形在波導(dǎo)714和716之間提供了有效的耦合。設(shè)計(jì)波導(dǎo)714以主要引導(dǎo)一種光模式，其中該光模式具有比波導(dǎo)712中傳播的光模式更低的有效折射率。在示例的實(shí)施例中，在波導(dǎo)714中傳播的光模式的有效折射率大約在3.23和3.24之間。
波導(dǎo)716垂直地位于波導(dǎo)714之下并與之集成地形成。波導(dǎo)716包括多量子勢(shì)阱區(qū)域736，并且具有在其上形成的電接觸區(qū)740。接觸區(qū)740用來在量子勢(shì)阱區(qū)域736上引入反偏壓，以引起波導(dǎo)中傳播的信號(hào)的能量隙移動(dòng)和吸收。反偏壓提供了調(diào)制從波導(dǎo)716輸出的信號(hào)的能力。設(shè)計(jì)波導(dǎo)716以主要引導(dǎo)一種光模式，其中該光模式具有比在波導(dǎo)714中傳播的光模式更低的有效折射率。在示例的實(shí)施例中，在波導(dǎo)716中傳播的光模式的有效折射率大約在3.2和3.21之間。
圖9提供了調(diào)制激光器設(shè)備710的截面圖。如所示出的，在示例的實(shí)施例中，波導(dǎo)712包括p摻雜覆蓋層742、多量子勢(shì)阱區(qū)域730和n摻雜區(qū)域744。波導(dǎo)714包括n摻雜區(qū)域746、無源波導(dǎo)區(qū)域733和n摻雜區(qū)域748。波導(dǎo)716包括n摻雜區(qū)域750和多量子勢(shì)阱區(qū)域736。p摻雜區(qū)域752在n覆蓋層750內(nèi)生成并與上述參考圖3描述相似地進(jìn)行操作。
本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將能認(rèn)識(shí)到，在波導(dǎo)712和波導(dǎo)716之間引入波導(dǎo)714使得設(shè)備的激光器和調(diào)制器部分獨(dú)立地進(jìn)行最優(yōu)化。對(duì)于設(shè)備的激光器部分，可最小化波導(dǎo)712和714的連接處的覆蓋層744和746的厚度，以提供短錐形722，例如，在一個(gè)實(shí)施例中，覆蓋厚度約為0.5μm，其允許大約100和120微米之間的錐形722的使用。薄覆蓋和相關(guān)的短錐形在量子勢(shì)阱區(qū)域730和光柵734之間提供了有效的耦合。另外，波導(dǎo)714由沒有量子勢(shì)阱并且具有很低光損耗的高光學(xué)質(zhì)量材料構(gòu)成。這些特性降低了光柵和激光器腔內(nèi)的過度損耗。另外，相對(duì)薄的覆蓋層提供了相對(duì)淺的光柵以形成布拉格光柵734。
對(duì)于設(shè)備的調(diào)制器部分，可最大化波導(dǎo)714和716連接處的覆蓋層748和750的厚度，以增大接觸區(qū)740和量子勢(shì)阱736之間的間隔。增大的覆蓋厚度最小化接觸區(qū)740與波導(dǎo)716中傳播的信號(hào)的干涉。
參考圖8和9，上述的用于生成基于非對(duì)稱波導(dǎo)的調(diào)制激光器的晶片如下面這樣生長(zhǎng)而成。首先，在一個(gè)(100)p摻雜InP襯底718上生長(zhǎng)0.5μm厚的InP緩沖層。接著生長(zhǎng)調(diào)制器MQW區(qū)域736。MQW區(qū)域736包括十個(gè)具有發(fā)射波長(zhǎng)約為λ＝1.50μm的InGaAsP量子勢(shì)阱，這些量子勢(shì)阱由九個(gè)能量隙波長(zhǎng)約為λg＝1.2μm的InGaAsP勢(shì)壘分隔。這些層夾在兩個(gè)InGaAsP(能量隙波長(zhǎng)為λg＝1.05μm)分離限制異構(gòu)(SCH)層之間，每一個(gè)層厚度約為0.05μm。接著調(diào)制器波導(dǎo)716的是將其與波導(dǎo)714分隔的1μm厚的InP層。接著，生長(zhǎng)無源波導(dǎo)714，波導(dǎo)714包括一個(gè)0.5μm厚的InGaAsP(能量隙波長(zhǎng)為λg＝1.2μm)。接著的是0.22μm厚的InP層，0.05μm厚的n+摻雜InGaAaP層和另一0.22μm厚的InP層。在其上生長(zhǎng)激光器MQW區(qū)域712。激光器波導(dǎo)712包括五個(gè)發(fā)射波長(zhǎng)約為λ＝1.55μm的InGaAsP量子勢(shì)阱，這些量子勢(shì)阱被四個(gè)能量隙波長(zhǎng)約為λg＝1.2μm的InGaAsP勢(shì)壘分隔。這些層被夾在兩個(gè)約0.17μm厚的InGaAsP(能量隙波長(zhǎng)為λg＝1.2μm)SCH層之間。在這些激光器上面，生長(zhǎng)0.1μm的InP層，接著是0.02μm的InGaAsP蝕刻停止層和一個(gè)1μm厚的InP上覆蓋層。最后，在覆蓋層上生長(zhǎng)0.2μm厚的p+摻雜InGaAsP層(能量隙波長(zhǎng)為λg＝1.2μm)。
圖10是如圖8和9所描述的非對(duì)稱雙波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器的制造步驟流程圖。調(diào)制激光器通過一系列光刻掩蔽和蝕刻步驟來制造。如所示出的，在步驟910，通過MBE或MOCVD(例如在n+摻雜襯底718上的單一外延步驟)生長(zhǎng)如上所述的包括層的單片結(jié)構(gòu)。在步驟912，通過光刻掩蔽以及遠(yuǎn)離波導(dǎo)714上部蝕刻的外圍層來限定具有在其中形成的橫向錐形722的波導(dǎo)712的輪廓。在步驟914，通過光刻掩蔽以及遠(yuǎn)離波導(dǎo)716上部蝕刻的外圍區(qū)域來限定具有在其中形成的橫向錐形724的波導(dǎo)714。在步驟916，通過掩膜以及遠(yuǎn)離襯底718上部蝕刻的外圍層來限定波導(dǎo)716的輪廓。在步驟918，通過干涉測(cè)量方法或者電子束光刻技術(shù)在波導(dǎo)714內(nèi)形成光柵反射器734。在步驟920，使用受體雜質(zhì)擴(kuò)散技術(shù)在波導(dǎo)716內(nèi)形成p+區(qū)域752。在步驟922，分別在波導(dǎo)712和波導(dǎo)714上形成接觸區(qū)120和126。
對(duì)于圖1到10描述的設(shè)備使用一個(gè)DBR激光器設(shè)計(jì)。但是，應(yīng)注意，根據(jù)發(fā)明的設(shè)備也可以使用分布式反饋(DFB)激光器。圖11提供了根據(jù)包括DFB激光器的本發(fā)明的電吸收調(diào)制激光器設(shè)備的透視圖。如所示出的，圖11的設(shè)備包括第一波導(dǎo)1110和第二波導(dǎo)1112。波導(dǎo)1110包括增益區(qū)域1116和光柵區(qū)域1118，以形成一個(gè)DFB激光器。波導(dǎo)1112包括增益區(qū)域1120和調(diào)制器區(qū)域1122。通過橫向錐形1124將從DFB激光器輸出的信號(hào)傳送到在其中調(diào)制信號(hào)的波導(dǎo)1114。與如上所述的實(shí)施例相反，圖11的設(shè)備的激光器部分全部包括在波導(dǎo)1110上部。因此，在第二波導(dǎo)1112中沒有光柵部分。
圖11中描述的設(shè)備與上面設(shè)計(jì)的非對(duì)稱設(shè)計(jì)相一致。因此，在波導(dǎo)1110中傳播的光與在波導(dǎo)1112中傳播的光模式相比具有不同的有效折射率。
圖12A和12B提供了圖11的設(shè)備的兩個(gè)可選實(shí)施例的截面圖。如所示出的，在圖12A設(shè)備中，使用與上述圖4所描述的實(shí)施例進(jìn)行相似操作的離子注入?yún)^(qū)域1210以在設(shè)備的激光器區(qū)域和設(shè)備的調(diào)制器區(qū)域之間提供隔離。使用上述的圖3所述的實(shí)施例進(jìn)行相似操作的擴(kuò)散區(qū)域1212以在圖12B的實(shí)施例中提供隔離。對(duì)于兩個(gè)實(shí)施例，在波導(dǎo)上部形成光柵區(qū)域1118。
因此，這里公開了改善的單片非對(duì)稱波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了基于非對(duì)稱雙波導(dǎo)的電吸收調(diào)制激光器PIC。根據(jù)發(fā)明的另一方面，提供了具有多于兩個(gè)非對(duì)稱波導(dǎo)的電吸收調(diào)制激光器PIC。改善的激光器設(shè)備的示例實(shí)施例在激光器和調(diào)制器之間提供了有效的光耦合，并在這些設(shè)備之間提供了有效的耦合。該設(shè)備可在至少高達(dá)10到40GHz之間的速度上進(jìn)行操作。該設(shè)備相對(duì)較為簡(jiǎn)單并且可低成本地進(jìn)行制造。
雖然參照特定實(shí)施例描述和說明了發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離如上所述以及在權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的原則基礎(chǔ)的前提下，可作出各種變更和改變。例如，根據(jù)本發(fā)明的非對(duì)稱波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器可包括與上述描述不同的摻雜排列和材料。另外，本發(fā)明可用在廣泛不同的各種設(shè)備中。例如，根據(jù)本發(fā)明的非對(duì)稱波導(dǎo)電吸收調(diào)制激光器可用于制造光通信鏈路的高靈敏度40GHz發(fā)射器。因此，需要參考附加的權(quán)利要求來表明本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)制激光器設(shè)備，其包括第一波導(dǎo)，具有在其中形成的一個(gè)增益區(qū)域，用于至少放大第一光模式；第二波導(dǎo)，具有在其中形成的一個(gè)調(diào)制器，用于調(diào)制主要在所述第二波導(dǎo)內(nèi)傳播的第二光模式，所述第二波導(dǎo)相對(duì)所述第一波導(dǎo)垂直定位，其中所述第一波導(dǎo)具有在其中形成的一個(gè)橫向錐形，用于在所述第一波導(dǎo)和所述第二波導(dǎo)之間傳送所述第一光模式，并且其中所述第一光模式具有與所述第二光模式不同的有效折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器設(shè)備，其中所述第二光模式具有比所述第一光模式小的有效折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光器設(shè)備，其中所述第一波導(dǎo)垂直地位于所述第二波導(dǎo)的上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器設(shè)備，其中所述增益區(qū)域包括多量子勢(shì)阱區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器設(shè)備，其中所述調(diào)制器是電吸收調(diào)制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器設(shè)備，其中所述第二波導(dǎo)包括多量子勢(shì)阱區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光器設(shè)備，其中在所述多量子勢(shì)阱區(qū)域上的反偏壓引起所述第二光模式被調(diào)制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器設(shè)備，其中所述第二波導(dǎo)進(jìn)一步包括光柵，主要用來反射光的一個(gè)頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器設(shè)備，其中所述第一波導(dǎo)包括p摻雜區(qū)域、n摻雜區(qū)域和位于所述p摻雜區(qū)域與所述n摻雜區(qū)域之間的多量子勢(shì)阱。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光器設(shè)備，其進(jìn)一步包括p+摻雜襯底，其中所述第二波導(dǎo)包括多量子勢(shì)阱和n摻雜區(qū)域，所述第一波導(dǎo)內(nèi)的所述n摻雜區(qū)域與所述第二波導(dǎo)內(nèi)的所述n摻雜區(qū)域相鄰。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光器設(shè)備，其進(jìn)一步包括n+摻雜襯底，其中所述第二波導(dǎo)包括多量子勢(shì)阱和n摻雜區(qū)域，所述第一波導(dǎo)內(nèi)的所述n摻雜區(qū)域與所述第二波導(dǎo)內(nèi)的所述n摻雜區(qū)域相鄰。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光器設(shè)備，其中所述第二波導(dǎo)的所述n摻雜區(qū)域具有在其中形成的p型摻雜區(qū)，用于生成調(diào)制所述調(diào)制器的p-n結(jié)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器設(shè)備，其中所述第一波導(dǎo)包括分布式反饋(DFB)激光器。
14.一種激光器設(shè)備，其包括第一波導(dǎo)，具有在其中形成的一個(gè)增益區(qū)域，用于至少放大第一光模式；第二波導(dǎo)，主要用于引導(dǎo)第二光模式，所述第二波導(dǎo)相對(duì)所述第一波導(dǎo)垂直定位，其中所述第一波導(dǎo)具有在其中形成的一個(gè)橫向錐形，用于在所述第一波導(dǎo)和所述第二波導(dǎo)之間傳送所述第一光模式，并且其中所述第一光模式具有與所述第二光模式不同的有效折射率；和第三波導(dǎo)，具有在其中形成的調(diào)制器，用于調(diào)制主要在所述第三波導(dǎo)中傳播的第三光模式，所述第三波導(dǎo)相對(duì)所述第二波導(dǎo)垂直定位，其中所述第二波導(dǎo)具有在其中形成的一個(gè)橫向錐形，用于在所述第二波導(dǎo)和所述第三波導(dǎo)之間傳送所述第二光模式，并且其中所述第二光模式具有與所述第三光模式不同的有效折射率。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光器設(shè)備，其中所述第二光模式具有比所述第一光模式小的有效折射率。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光器設(shè)備，其中所述第三光模式具有比所述第二光模式小的有效折射率。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光器設(shè)備，其中所述第一波導(dǎo)垂直地位于所述第二波導(dǎo)的上方，所述第二波導(dǎo)垂直地位于所述第三波導(dǎo)的上方。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光器設(shè)備，其中所述增益區(qū)域包括多量子勢(shì)阱區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光器設(shè)備，其中所述調(diào)制器是電吸收調(diào)制器。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光器設(shè)備，其中所述第三波導(dǎo)包括多量子勢(shì)阱區(qū)域。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的激光器設(shè)備，其中在所述多量子勢(shì)阱區(qū)域上的反偏壓引起所述第三光模式被調(diào)制。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光器設(shè)備，其中所述第二波導(dǎo)包括一個(gè)光柵，主要用來反射光的一個(gè)頻率。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光器設(shè)備，其中所述第一波導(dǎo)包括p摻雜區(qū)域、n摻雜區(qū)域和位子所述p摻雜區(qū)域與所述n摻雜區(qū)域之間的多量子勢(shì)阱。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的激光器設(shè)備，其進(jìn)一步包括p+摻雜襯底，其中所述第三波導(dǎo)包括多量子勢(shì)阱和n摻雜區(qū)域，所述第一波導(dǎo)內(nèi)的所述n摻雜區(qū)域與所述第三波導(dǎo)內(nèi)的所述n摻雜區(qū)域相鄰。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的激光器設(shè)備，其進(jìn)一步包括n+摻雜襯底，其中所述第三波導(dǎo)包括多量子勢(shì)阱和n摻雜區(qū)域，所述第一波導(dǎo)內(nèi)的所述n摻雜區(qū)域與所述第二波導(dǎo)內(nèi)的所述n摻雜區(qū)域相鄰。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的激光器設(shè)備，其中所述第二波導(dǎo)的所述n摻雜區(qū)域具有在其中形成的p型摻雜區(qū)，用于生成調(diào)制所述調(diào)制器的p-n結(jié)。
27.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光器設(shè)備，其中所述第一波導(dǎo)包括分布式反饋(DFB)激光器。
28.一種調(diào)制激光器設(shè)備，其包括第一波導(dǎo)，包括增益區(qū)域，用于至少放大第一光模式；和光柵區(qū)域，主要用于反射光的一個(gè)頻率；和第二波導(dǎo)，具有在其中形成的調(diào)制器，用于調(diào)制主要在所述第二波導(dǎo)內(nèi)傳播的第二光模式，所述第二波導(dǎo)相對(duì)所述第一波導(dǎo)垂直定位，其中所述第一波導(dǎo)具有在其中形成的一個(gè)橫向錐形，用于在所述第一波導(dǎo)和所述第二波導(dǎo)之間傳送所述第一光模式，并且其中所述第一光模式具有與所述第二光模式不同的有效折射率。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的激光器設(shè)備，其中所述第二光模式具有比所述第一光模式小的有效折射率。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的激光器設(shè)備，其中所述第一波導(dǎo)垂直地位于所述第二波導(dǎo)的上方。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的激光器設(shè)備，其中所述增益區(qū)域包括多量子勢(shì)阱區(qū)域。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的激光器設(shè)備，其中所述調(diào)制器是電吸收調(diào)制器。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的激光器設(shè)備，其中所述第二波導(dǎo)包括多量子勢(shì)阱區(qū)域。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的激光器設(shè)備，其中在多量子勢(shì)阱區(qū)域上的反偏壓引起所述第二光模式被調(diào)制。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的激光器設(shè)備，其中所述第一波導(dǎo)包括p摻雜區(qū)域、n摻雜區(qū)域和位于所述p摻雜區(qū)域與所述n摻雜區(qū)域之間的多量子勢(shì)阱。
36.根據(jù)權(quán)利要求28所述的激光器設(shè)備，其進(jìn)一步包括p+摻雜襯底，其中所述第二波導(dǎo)包括多量子勢(shì)阱和n摻雜區(qū)域，所述第一波導(dǎo)內(nèi)的所述n摻雜區(qū)域與所述第二波導(dǎo)內(nèi)的所述n摻雜區(qū)域相鄰。
37.根據(jù)權(quán)利要求28所述的激光器設(shè)備，其進(jìn)一步包括n+摻雜襯底，其中所述第二波導(dǎo)包括多量子勢(shì)阱和n摻雜區(qū)域，所述第一波導(dǎo)內(nèi)的所述n摻雜區(qū)域與所述第二波導(dǎo)內(nèi)的所述n摻雜區(qū)域相鄰。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的激光器設(shè)備，其中所述第二波導(dǎo)的所述n摻雜區(qū)域具有在其中形成的p型摻雜區(qū)，用于生成調(diào)制所述調(diào)制器的p-n結(jié)。
39.根據(jù)權(quán)利要求28所述的激光器設(shè)備，其中所述第一波導(dǎo)包括分布式反饋(DFB)激光器。
全文摘要
提供了一種包括至少兩個(gè)垂直堆疊的非對(duì)稱波導(dǎo)(114，116)的調(diào)制激光器設(shè)備(110)。該激光器設(shè)備(110)包括具有在其中形成的增益區(qū)域的第一波導(dǎo)(114)，用于至少放大第一光模式；和垂直地耦合到第一波導(dǎo)(114)并且具有在其中形成的調(diào)制器(106)的第二波導(dǎo)(116)，用于調(diào)制其有效折射率與第一模式不同的第二光模式。通過第一波導(dǎo)(114)的橫向錐形將在第一波導(dǎo)(114)中傳播的光傳送進(jìn)入第二波導(dǎo)(116)。激光器設(shè)備(110)可進(jìn)一步包括位于第一(114)和第二波導(dǎo)(116)之間的第三波導(dǎo)，用于提供增益區(qū)域(104)和調(diào)制器(106)之間的隔離?？稍谠O(shè)備上使用分布式布拉格反射器(DBR)和分布式反饋(DFB)激光器設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G02F1/017GK1547791SQ02805997
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2002年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月19日
發(fā)明者斯蒂芬·R·福里斯特, 米德林·R·戈卡萊, 帕維爾·V·斯圖德尼科夫, R 戈卡萊, V 斯圖德尼科夫, 斯蒂芬 R 福里斯特 申請(qǐng)人:普林斯頓大學(xué)理事會(huì)