[發明專利]具有介質結構的光子集成器件

有效

• 申請號: 201680078751.2
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN108603980B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 威廉·S·瑞恩
• 申請（專利權）人: BB光電公司
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/293
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;申屠偉進

提供一種用于生成單波長和多波長光學信號的光子集成器件（PID）。該PID包括分別具有第一和第二預定反射率的第一和第二反射結構。共用波導光學耦合至第一反射結構，并且至少一個半導體波導光學耦合至第二反射結構。該PID進一步包括設置在第一和第二反射結構之間的至少一個有源增益區。在各種實施例中，該PID包括基于介質波導的波長相關元件和介質布拉格堆疊中的至少一個。

技術領域

本發明涉及光子集成器件，并且更特別地涉及包括作為單波長和多波長光源的部分的在半導體襯底上的介質波導和介質結構的光子集成器件。

背景技術

單片集成包括光子集成電路（PIC）的光子集成器件（PID）以實現不同的光學功能。這些PIC使得能夠使用高容量半導體晶圓制造技術來生產復雜的光學電路。進一步地，PIC提供減小部件占用空間并消除多個封裝問題和多個光學對準。這些PIC在光學通信網絡和消費類光子產品的大規模生產中找到應用。

在應用的上下文中，當有源波導器件（諸如激光器或光電探測器）與一個或多個無源波導器件和波導電路的元件組合以用最小的端口在芯片上形成高功能PIC時，PIC的優點變得尤其引人注目。通過電氣裝置來調制光學信號的有源波導器件通常由具有調整至它們的特定應用的功能和波長范圍的帶隙結構的人工生長的半導體制成。這樣的半導體是對PIC的基礎材料的自然選擇。因此，基于半導體的PIC，其中在單個單片半導體芯片中實施諸如光學信號檢測、光學調制、和光學信號發射之類的若干功能，是一種有前途的解決方案。進一步地，磷化銦（InP）以及其相關III-V半導體材料系統提供的附加的益處，因為它們允許制造在大約1300nm和1550nm的重要波長范圍中（即在玻璃纖維的兩個優勢低損耗傳輸窗中）操作的有源器件。然而，即使這樣的單片集成也可能提供具有差的設計方法、低的制造產量、復雜的制造工藝和重復的昂貴外延生長工藝的成本壁壘。因此，結合已建立的晶圓制造技術的單步外延晶圓生長方法已經作為一種用以進一步實現減小的光學部件成本的手段而受到關注。

備選地，可以采用砷化鎵（GaAs）和砷化鋁鎵（AlGaAs）來用于850nm和1300nm PIC。進一步地，可以通過利用采用銦（In）、鎵（Ga）、鋁（Al）、砷（As）和磷（P）的其他三重和三元半導體材料來跨可見和近紫外范圍采用PIC。由外延生長的半導體異質結構組成的PIC內的任何波導器件的功能是由其帶結構、并且更特別地由波導芯層、包覆層和襯底的帶隙波長預先確定的。因此，功能上不同的器件通常由不同但兼容的半導體材料制成，盡管通過目標設計，一些結構可以提供例如具有反向偏置極性的光學放大和光電探測。然而，襯底和波導設計的選擇對PIC的設計和制造二者具有深遠的影響。

在范圍從波分復用器（WDM）、波分解復用器（也被稱為WDM）、光學功率（信道）監測器、可配置光學分插復用器（ROADM）和動態增益（信道）均衡器（DGE/DCE）的若干PIC中，基于每個波長來對至少一個多波長信號進行光譜分散、檢測、監測和處理。對于多波長信號的陣列，基于每個波長監測和處理多波長信號的陣列，然后使多波長信號的陣列復用以形成多波長輸出信號。這樣的PIC必須在預定信道波長計劃上操作（即O波段（原始的；）；E波段（擴展的；）；S波段（短的；）；C波段（常規的；）；以及L波段（長的；），因為通常從多個遠程且分立的發射器來提供具有具體波長的光學信號。由國際電信聯盟在ITU-T G.694.1“Spectral Grids for WDM applications: DWDMFrequency Grid.”中定義信道波長計劃。相應地，這根據如下面示出的等式（1）來限定利用12.5GHz、25GHz、50GHz和100GHz的信道間隔的固定網格：

193.1THz + n*Spacing/1000 （1）

在這里Spacing（間隔）=12.5GHz、25GHz、50GHz和100GHz，并且在光譜的C和L波段內；