专利名称：半导体光放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体光放大器。
背景技术：
已知在半导体光放大器中，利用与激光动作相同的电激励通过半导体波导对光进行发送。在这种波导中使用的材料是有源材料。典型地，这种材料包括组III(GroupIII)和IV(GroupIV)的半导体材料。可以用已知的方法电气泵激这种有源半导体材料，以引起光信号放大。可以将这种半导体器件形成为具有英国专利(UK Patent)2307786所示的集成波导的硅芯片。
如同其它的光电集成电路元件一样。可以在相同的晶体衬底上做成半导体光放大器。这种场合，能用单片集成实现。但是，其它的半导体光放大器涉及到利用机械装置将半导体光放大芯片附加在光电集成电路上的混合集成。这使得能由不同于其余的光电集成电路的材料做成光放大芯片。这种集成电路器件包括由硅、二氧化硅、聚合物或者其它材料形成的波导。
已知的半导体光放大器由有源材料的半导体芯片组成，安排成使得光信号在芯片的相对侧的输入和输出之间通过芯片。
图1示出了这种以往技术的排列，其中硅芯片11具有直线波导12，这种波导12以直线在芯片的相对侧的输入13和输出14之间通过。这种芯片具有端面或者面15和16。波导12的方向相对于每个端面15和16的法线方向倾斜以便减少光反射，并在芯片的端面减少向后反射。在面15和16上形成抗反射涂敷，以便减少反射。对面15和16之间的整个光通道进行电气泵激，用于提供光增益。选择波导12的几何形状，用于保证对于TE和TM偏振都达到相同的增益。如图1所示，当将芯片11机械地安装在光电集成电路的凹口中时，相对于连接周围集成电路的连接波导，在达到波导12轴位置产生问题。在图1中，将芯片11安装在光电集成电路18中形成的凹口17中。光电集成电路18具有用于与波导12的输入13光通信的输入波导19。光电集成电路18具有排列成接收来自波导12的输出14的光的输出波导20。波导19和20都是直线并对准波导12。为了实现波导12与波导19和20之间的有效耦合，必须使波导12的端部非常物理接近于连接波导19和20。典型地，这种物理接近应该使间隔小于1μM。但是，因为这些面用机械切割形成，所以要以精确的尺寸形成芯片11是困难的。因此，难于在面15和16的位置实现要求的精度。面15和16可以用沿着晶体平面断开制作垂直面，所以能够制作高质量面，但是断开的精确位置可以在中间。虽然可以利用等离子蚀刻，以形成精确位置的面，但它们光质量较差。
图1说明光放大器芯片对于其所在的凹口太短的影响。这种场合，芯片位于凹口17中输入面15相对于凹口17的邻接面的位置。并且，芯片还位于沿着凹口17的邻接面22。但是，芯片的输出面16与凹口的壁23分开，从而形成波导14和波导20的输出端之间的间隔24。如果将芯片断开太长，则不能装配在凹口中。
本发明的目的在与提供一种改进的半导体光放大器，这种半导体光放大器能降低与周围的光电路的有效光耦合的问题。
发明概述本发明的半导体光放大器，包括具有多个平坦边缘表面的半导体器件，至少一个在所述半导体器件上具有输入和输出的波导，所述波导的至少一部分由有源半导体材料形成，所述输入和输出位于所述半导体器件的相同或者邻接边缘表面上，并且以对于在形成输入和/或输出的边缘表面的法线成角度地形成延长的对准边。
较佳的是在同一个边缘表面上形成输入和输出。
较佳的是波导以直线扩展到邻接于每个输入和输出。
较佳的是邻接于输入和/或输出的波导以对于形成输入和/或输出的边缘表面上的法线成角度倾斜的直线扩展。
在一实施例中，所述波导具有2部分，1部分从输入引入，另1部分引导到输出，所述2部分光连接在器件的反射器上，这种器件排列成将光从所述1部分反射到所述另1部分中。
较佳的是所述半导体器件具有以对于在形成输入和/或输出的边缘表面的法线成角度地形成延长的对准边。
较佳的是将对准边形成为肩形扩展通过半导体器件厚度的部分通道。
可以利用等离子蚀刻形成所述对准边。
较佳的是在所述半导体器件的断开面上形成每个输入和输出。
本发明的半导体光放大器安装在支承构件上的凹口中，所述支承构件具有与所述输入和输出通信的光通信通道。
较佳的是所述光通信通道是各自的光波导。
较佳的是所述支承构件是集成电路光电器件。
较佳的是所述支承构件中的凹口具有连接边缘表面的第1定位壁，在所述边缘表面上形成所述输入或者所述输出。
较佳的是所述支承构件中的凹口具有连接到所述半导体器件的对准边的第2定位壁。
可以将电气泵激电路连接到所述半导体器件中的波导的有源部分。
附图简要说明图1表示以往的光放大器的排列。
图2是本发明的光放大器的说明图。
图3表示沿图2的A-A线的剖视图。
图4进一步说明本发明的实施例。
实施发明的最佳形态下面，参照附图对实施本发明的实施例进行说明。
在本实施例中，如图2和3所示，半导体光放大器包括例如由砷化镓或者磷化铟集成2个波导31和32形成的集成半导体芯片30。沿着波导32的长度部分的区域33由有源半导体材料形成，并连接到电气泵激电路34，以便放大通过区域33的光信号的幅度。芯片30安装在用2个波导37和38排列成在芯片30上光连接波导31和32的光电集成电路36的凹口35中。
在图2所示的例中，将芯片30形成为具有4条直线边的长方形芯片。虽然表面41可以由等离子蚀刻形成，但芯片的端面40和41由机械切割形成。端面40形成高光质量的平坦面，并提供波导32的输入42和波导31的输出43。将输入42和输出43在电路部件36上设置成接近和对准波导37和38。芯片30还在波导32的光通道上提供高反射的反射器47，以便通过波导32传输的光入射在反射器47上，并反射到波导31。在动作中，光从波导38进入到波导32的输入42，并在有源区域33中由电气泵激进行放大。放大后的光信号由反射器47反射到波导31。然后，光通过输出43输出到波导37。在本例中，虽然输出端区域50是直线并且平行于直线波导32，但是波导31是沿着其通道通过芯片30的曲线。直线部分50和波导32都平行于波导37和38，并对于表面40的法线倾斜一个角度，使得在这种表面的反射最小。表面40还进行抗反射涂敷。这种器件是双向的，所以能交换输入和输出。
由图2可见，波导31和32的输入和输出42和43都并排地位于芯片30的相同的面40上。以最大的光耦合，将芯片30定位在凹口35中所要的位置，将芯片30的高质量表面设置成与凹口35的配对表面52邻接。这样，将芯片30定位在需要的轴的位置，使得输入42和输出43都定位在物理上非常接近于面向波导37和38。由于使用芯片30的相同表面40的精确位置，所以输入和输出达到物理接近的相同水平。
为在横向达到正确的位置，用蚀刻的对准边55形成电路部件36，这种蚀刻的对准边平行于波导32的长度方向。这种成角度对准边对于芯片30扩展到与形成轴停位置的表面52连接。将芯片30切去下部，形成通过芯片30的厚度的部分通道的肩形56，并且设置成与电路部件36的对准边55连接。向切去下部的肩形56沿着芯片30的长度成一个角度扩展，使得扩展平行于并且紧靠构成角度的边55。
还可以看到，在前述例子中，在机械固定到位置之前能将芯片30精确地定位在凹口35的位置上。通过利用单个面40控制芯片30的轴的位置，并利用构成角度的对准边55控制横向位置。不管整体芯片的尺寸，都能实现输入42和输出43与连接波导37和38的精确的对准和物理的接近。任何端面40和41之间整体芯片长度的变化，不会引起芯片的输入和输出与连接波导接近的变化。
在前述例子中，芯片30上的波导包括有源部分和无源部分。这能用多于一次沉积处理形成，使得对于某些有源和无源波导区域层沉积不同的次数。如图4所示，用类似于图2和图3所示的前述例子的材料，形成长方形的光放大器芯片。这种场合，所示的例子具有2个集成形成的波导61和62，分别形成光输入和输出。这两个波导都向着端面63弯曲，使得在端面63对于法线倾斜，从而减小背向反射。每个波导包括有源区域64，在这种区域内引到或者引自以多模式干涉仪65的形式的多模式干涉器。通过无源波导67和68，分别将干涉仪65连接到芯片的相对面66。波导67和68扩展到面66并对面66垂直。面66是芯片的断开面，并且具有高反射涂敷，使得光从面66背向反射最大。在本例的使用中，光通过端面63进入到波导61，并通过有源区域64进入到干涉仪65。光被分开到2个通道70和71。通道70中的光通过波导67在波导67中光被端面66反射，返回并跨过干涉仪65，进入到波导62。另一个通道71中的光跨过干涉仪65，进入到波导68，由端面66反射，并与来自波导67的反射光再次结合，使得结合后的光束在通过端面63的出口以前，通过波导62的有源区域64。
将干涉仪65设置成使进入到2个无源波导67和68的光的分布实质上相等。通过排列发生在垂直端面66上的反射，由于施加在芯片的断面上的高反射质量的涂敷使得光损耗降低。而且，与输入面63相关的端面66的位置的长度变化，由于它们垂直地反射到面66故不会引起反射光束的不对准。为了耦合反射信号到由干涉仪65结合的跨越信号，2个无源波导67和68具有相同的长度。波导67和68的绝对长度不是关键的，只要使它们具有相同的长度。有源区域64可以设于波导61和62中的1个之上，或者同时在2个之上(参照图4)。但是，要求有源区域64设在向着输入面63的干涉仪65的一侧上，而不在由于感应相位不同引起问题的无源波导67和68中。部分通过芯片的厚度形成的对准肩形，类似于肩形56。
图4的实施例给出了避免在芯片的内部使用蚀刻反射镜的优点。
本发明不限于前述例子的细节。例如，在图2和图3所示的例子中，将邻接输入42和输出43的芯片上波导31和32的部分设置成相互平行扩展。在其它的实施例中，可以将2个波导设置成在右角相互扩展。输入和输出可以位于芯片相同的面上，在某些场合，也可以位于邻接的面上。如果位于邻接的面上，则在周围电路上的连接波导位于芯片所在的凹口的邻接的面上。这种场合，输入和输出接近于波导，并用波导用2个凹口的邻接的面由芯片接合决定它们的通信，而不依赖于整个芯片的长度。在所有的实施例中，将放大器的所有波导的输入和输出设置在芯片的相同或者邻接面上，而不位于芯片的相对面上。
虽然，在图2和图3的实施例中，说明了长方形的光放大器芯片，但也可以是平行四边形成芯片，使直线波导扩展在平行四边形的2个邻接面的输入和输出之间。这种场合，形成的肩形蚀刻对准边平行于芯片上的波导的长度扩展，因此，能在波导的长度的横向方向提供精确的位置。平行四边形的角度和波导的位置应该能在具有输入和输出位置的波导的连接处避免全部内部反射。
在实施例中，如图2的反射器47的例子所示，在放大器芯片上提供反射器能改变2个波导之间的信号方向，能在半导体的蚀刻孔中形成反射镜。
在图2所示的例子中，有源材料33的区域位于沿着波导32，但是也可以位于沿着波导31，或者使有源材料位于波导31和32的通道中。
权利要求
1.一种半导体光放大器，其特征在于，包括具有多个平坦边缘表面的半导体器件，至少一个在所述半导体器件上具有输入和输出的波导，所述波导的至少一部分由有源半导体材料形成，所述输入和输出位于所述半导体器件的相同或者邻接边缘表面上，并且以对于在形成输入和/或输出的边缘表面的法线成角度地形成延长的对准边。
2.如权利要求1所述的半导体光放大器，其特征在于，在同一个边缘表面上形成输入和输出。
3.如权利要求1或2所述的半导体光放大器，其特征在于，波导以直线扩展到邻接于每个输入和输出。
4.如权利要求3所述的半导体光放大器，其特征在于，邻接于输入和/或输出的波导以对于形成输入和/或输出的边缘表面上的法线成角度倾斜的直线扩展。
5.如前述任一项权利要求所述的半导体光放大器，其特征在于，所述波导具有2部分，1部分从输入引入，另1部分引导到输出，所述2部分光连接在器件的反射器上，这种器件排列成将光从所述1部分反射到所述另1部分中。
6.如权利要求5所述的半导体光放大器，其特征在于，所述2部分相互平行地扩展邻接所述输入和输出。
7.如前述任一项权利要求所述的半导体光放大器，其特征在于，将对准边形成为肩形扩展通过半导体器件厚度的部分通道。
8.如前述任一项权利要求所述的半导体光放大器，其特征在于，利用等离子蚀刻形成所述对准边。
9.如前述任一项权利要求所述的半导体光放大器，其特征在于，在所述半导体器件的断开面上形成每个输入和输出。
10.如前述任一项权利要求所述的半导体光放大器，其特征在于，半导体光放大器安装在支承构件上的凹口中，所述支承构件具有与所述输入和输出通信的光通信通道。
11.如权利要求10所述的半导体光放大器，其特征在于，所述光通信通道是各自的光波导。
12.如权利要求10或11所述的半导体光放大器，其特征在于，所述支承构件是集成电路光电器件。
13.如权利要求10至12任一项所述的半导体光放大器，其特征在于，所述支承构件中的凹口具有连接边缘表面的第1定位壁，在所述边缘表面上形成所述输入或者所述输出。
14.如权利要求13所述的半导体光放大器，其特征在于，所述支承构件中的凹口具有连接到所述半导体器件的对准边的第2定位壁。
15.如权利要求10至14任一项所述的半导体光放大器，其特征在于，将电气泵激电路连接到所述半导体器件中的波导的有源部分。
16.一种半导体光放大器，其特征在于，包括具有多个平坦边缘表面的半导体器件，至少一个在所述半导体器件上具有输入和输出的波导，所述波导的至少一部分由有源半导体材料形成，所述输入和输出位于所述半导体器件的相同或者邻接边缘表面上，并且多模式的干涉耦合器位于半导体器件的反射面和所述输入和输出之间，所述输入和输出形成在相同的边缘表面上。
17.如权利要求16所述的半导体光放大器，其特征在于，将干涉耦合器排列成将输入信号分开成2个引导到半导体器件的边缘表面的无源的波导，形成垂直于邻接所述反射面的波导方向的反射器。
18.如权利要求17所述的半导体光放大器，其特征在于，将所述干涉耦合器排列成重新组合来自反射面的反射信号和通过在输入的相同边缘表面的波导输出口的直接再组合信号。
19.如权利要求18所述的半导体光放大器，其特征在于，以对于形成输入和/或输出的边缘表面的法线成角度地形成邻接输入口和输出口的波导。
20.如权利要求16至19任一项所述的半导体光放大器，其特征在于，光有源材料包括在干涉耦合器和形成输入和输出的边缘表面之间的信号通道中。
全文摘要
本发明揭示一种半导体光放大器,包括具有多个平坦边缘表面的半导体器件,至少一个在所述半导体器件上具有输入和输出的波导,所述波导的至少一部分由有源半导体材料形成,所述输入和输出位于所述半导体器件的相同或者邻接边缘表面上。
文档编号H01S5/02GK1334982SQ9981612
公开日2002年2月6日 申请日期1999年12月9日 优先权日1998年12月11日
发明者J·R·蒂德马什, R·F·达拉拉, J·A·埃克纳 申请人:博克汉姆技术股份有限公司, 奥托速度股份有限公司