光隔离器和包括其的光子集成电路制造技术

提供了一种光隔离器，包括：半导体衬底；光衰减器和光放大器，在半导体衬底上彼此对准；输入光波导，连接到光衰减器；以及输出光波导，连接到光放大器，其中，基于入射到光放大器上的光的强度增大，光放大器的增益降低，其中，通过输入光波导入射在光衰减器上的第一输入光通过输出光波导被输出为第一输出光，并且通过输出光波导入射在光放大器上的第二输入光通过输入光波导被输出为第二输出光，并且其中，当第一输入光的强度与第二输入光的强度相等时，第一输出光的强度大于第二输出光的强度。第一输出光的强度大于第二输出光的强度。第一输出光的强度大于第二输出光的强度。

Optical isolator and photonic integrated circuit including it

【技术实现步骤摘要】
光隔离器和包括其的光子集成电路
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于并要求于2021年1月15日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10
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2021
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0006283的优先权，该申请的公开内容通过全文引用合并于此。


[0003]本公开的示例实施例涉及能够集成到光子集成电路中的光隔离器、以及包括光隔离器的光子集成电路。

技术介绍

[0004]集成有多种光学元件的光子集成电路(PIC)正用于各种光学传感器或光学连接领域。用于光子集成电路的光学元件可以包括，例如，将电能转换为光能的光源、调制光的光调制器、传输光信号的光波导、将光波导内部的光发射到光子集成电路芯片外部或从光子集成电路芯片外部接收光进入光波导的光天线或光耦合器、将光能转换为电能的光接收器等。集成在光子集成电路中的光学元件大多包括易于在衬底上形成的材料。
[0005]另一方面，光隔离器是一种光学元件，它在光学系统中仅在一个方向上引导光，类似于在电子电路中使电流沿一个方向流过的二极管。在体光学系统中使用的光隔离器包括布置在具有彼此不同偏振方向的两个偏振器之间的偏振旋转器。然而，由于用作偏振旋转器的材料与半导体工艺不兼容，因此很难将利用偏振旋转原理的光隔离器集成到光子集成电路中，因此大规模生产非常困难。最近，已经提出了一种利用硅波导非线性的光隔离器。然而，这种光隔离器只能用于非常窄的波长带，因为光隔离器使用谐振器的谐振波长根据光行进的方向而变化的原理。

技术实现思路

[0006]一个或多个实施例提供了可以集成到光子集成电路中的光隔离器、和包括该光隔离器的光子集成电路。
[0007]一个或多个实施例还提供了可以在宽波长带中操作的光隔离器、和包括该光隔离器的光子集成电路。
[0008]附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过对示例实施例的实践来获知。
[0009]根据示例实施例的一方面，提供了一种光隔离器，包括：半导体衬底；光衰减器和光放大器，在半导体衬底上彼此对准；输入光波导，连接到光衰减器；以及输出光波导，连接到光放大器，其中，当入射到光放大器上的光的强度增大时，光放大器的增益降低，其中，通过输入光波导入射在光衰减器上的第一输入光通过输出光波导被输出为第一输出光，并且通过输出光波导入射在光放大器上的第二输入光通过输入光波导被输出为第二输出光，并且其中，当第一输入光的强度与第二输入光的强度相等时，第一输出光的强度大于第二输出光的强度。
[0010]光衰减器和光放大器中的每一个可以包括具有直接带隙的半导体材料。
[0011]包括在光衰减器中的半导体材料的载流子密度可以小于透明载流子密度，并且包括在光放大器中的半导体材料的载流子密度可以大于透明载流子密度。
[0012]光隔离还可以包括：波导层，设置在半导体衬底上，输入光波导和输出光波导可以包括在波导层中，并且光衰减器和光放大器可以设置在波导层上。
[0013]输入光波导和输出光波导可以分别沿光的行进方向上波导层中连续延伸。
[0014]输入光波导和输出光波导可以彼此间隔开，输入光波导可以具有设置在光衰减器下方的锥形端部，并且输出光波导可以具有设置在光放大器下方的锥形端部。
[0015]半导体衬底可以包括半导体层、以及设置在半导体层的上表面的整个区域上方的介电层。
[0016]半导体衬底可以包括半导体层、以及沿光的行进方向设置在半导体层的上表面的部分区域上方的介电层，介电层在半导体层与波导层之间的区域中面对光衰减器和光放大器。
[0017]光衰减器和光放大器可以分别包括：第一接触层，设置在波导层上；增益材料层，设置在第一接触层上；包层半导体层，设置在增益材料层上；以及第二接触层，设置在包层半导体层上。
[0018]光衰减器的第一接触层可以与光放大器的第一接触层一体形成，并且光衰减器的第一接触层和光放大器的第一接触层可以在光的行进方向上延伸。
[0019]光衰减器中包括的增益材料层、包层半导体层和第二接触层可以与光放大器中包括的增益材料层、包层半导体层和第二接触层分开。
[0020]光衰减器和光放大器可以包括第一电极，第一电极设置在光衰减器的第一接触层和光放大器的第一接触层上，并且光衰减器可以包括设置在光衰减器的第二接触层上的第二电极，光放大器包括设置在光放大器的第二接触层上的第二电极。
[0021]光放大器包括的增益材料层、包层半导体层和第二接触层在光的行进方向上的长度可以大于光衰减器包括的增益材料层、包层半导体层和第二接触层在光的行进方向上的长度。
[0022]包括在光衰减器中的增益材料层可以被配置为：基于反向电压被施加到包括在光衰减器中的增益材料层来吸收光；并且基于前向电压被施加到包括在光放大器中的增益材料层来放大光。
[0023]可以将使得光衰减器的增益材料层中载流子密度小于透明载流子密度的电压施加到光衰减器的增益材料层，并且可以将使得光放大器的增益材料层中载流子密度大于透明载流子密度的电压施加到光放大器的增益材料层。
[0024]光衰减器和光放大器中的每一个可以具有脊型波导形状，其中第一接触层在与光的行进方向垂直的方向上的宽度大于增益材料层、包层半导体层和第二接触层的宽度。
[0025]第一接触层、增益材料层、包层半导体层和第二接触层在光的行进方向上的两侧可以具有锥形端部。
[0026]光衰减器中包括的第一接触层、增益材料层、包层半导体层和第二接触层可以与光放大器中包括的第一接触层、增益材料层、包层半导体层和第二接触层分开。
[0027]光衰减器可以包括第一光衰减器和第二光衰减器，光放大器可以包括第一光放大
器和第二光放大器，并且第一光衰减器、第一光放大器、第二光衰减器和第二光放大器可以在光的行进方向上顺序布置。
[0028]当第一输入光的强度与第二输入光的强度相等时，第一输出光的强度大于第二输出光的强度的1000倍或更多。
[0029]根据示例实施例的另一方面，提供了一种光子集成电路，包括被配置为通过半导体制造工艺而集成的光隔离器，其中，光隔离器包括：半导体衬底；光衰减器和光放大器，在半导体衬底上彼此对准；输入光波导，连接到光衰减器；以及输出光波导，连接到光放大器，其中，基于输入光的强度增大，光放大器的增益降低，其中，通过输入光波导入射在光衰减器上的第一输入光通过输出光波导被输出为第一输出光，并且通过输出光波导入射在光放大器上的第二输入光通过输入光波导被输出为第二输出光，并且其中，当第一输入光的强度与第二输入光的强度相等时，第一输出光的强度大于第二输出光的强度。
[0030]根据示例实施例的又一方面，提供了一种光探测测距装置，包括：光源；光电检测器；天线，连接到光源和光电检测器，天线被配置为向外部发射光或从外部接收光；以及光隔离器，连接在光源与天线之间，光隔离器被配置为在从光源到天线的方向上传输光，其中，光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光隔离器，包括：半导体衬底；光衰减器和光放大器，在所述半导体衬底上彼此对准；输入光波导，连接到所述光衰减器；以及输出光波导，连接到所述光放大器，其中，当入射到所述光放大器上的光的强度增大时，所述光放大器的增益降低，其中，通过所述输入光波导入射在所述光衰减器上的第一输入光通过所述输出光波导被输出为第一输出光，并且通过所述输出光波导入射在所述光放大器上的第二输入光通过所述输入光波导被输出为第二输出光，并且其中，当所述第一输入光的强度与所述第二输入光的强度相等时，所述第一输出光的强度大于所述第二输出光的强度。2.根据权利要求1所述的光隔离器，其中，所述光衰减器和所述光放大器中的每一个包括具有直接带隙的半导体材料。3.根据权利要求2所述的光隔离器，其中，所述光衰减器的半导体材料的载流子密度小于透明载流子密度，并且所述光放大器的半导体材料的载流子密度大于所述透明载流子密度。4.根据权利要求1所述的光隔离器，还包括：波导层，设置在所述半导体衬底上，其中所述输入光波导和所述输出光波导被包括在所述波导层中，并且其中所述光衰减器和所述光放大器设置在所述波导层上。5.根据权利要求4所述的光隔离器，其中，所述输入光波导和所述输出光波导沿光的行进方向在所述波导层中连续延伸。6.根据权利要求4所述的光隔离器，其中，所述输入光波导和所述输出光波导彼此间隔开，其中，所述输入光波导具有设置在所述光衰减器下方的锥形端部，并且其中，所述输出光波导具有设置在所述光放大器下方的锥形端部。7.根据权利要求4所述的光隔离器，其中，所述半导体衬底包括半导体层、以及设置在所述半导体层的上表面的整个区域上方的介电层。8.根据权利要求4所述的光隔离器，其中，所述半导体衬底包括半导体层、以及沿光的行进方向设置在所述半导体层的上表面的部分区域上方的介电层，并且其中，所述介电层在所述半导体层与所述波导层之间的区域中面对所述光衰减器和所述光放大器。9.根据权利要求4所述的光隔离器，其中，所述光衰减器和所述光放大器中的每一个包括：第一接触层，设置在所述波导层上；增益材料层，没置在所述第一接触层上；包层半导体层，设置在所述增益材料层上；以及第二接触层，设置在所述包层半导体层上。10.根据权利要求9所述的光隔离器，其中，所述光衰减器的第一接触层与所述光放大器的第一接触层一体形成，并且
所述光衰减器的第一接触层和所述光放大器的第一接触层在光的行进方向上延伸。11.根据权利要求10所述的光隔离器，其中，所述光衰减器的增益材料层、包层半导体层和第二接触层与所述光放大器的增益材料层、包层半导体层和第二接触层分开。12.根据权利要求11所述的光隔离器，其中，所述光衰减器和所述光放大器共同包括第一电极，所述第一电极设置在所述光衰减器的第一接触层和所述光放大器的第一接触层上，其中，所述光衰减器包括设置在所述光衰减器的第二接触层上的第二电极，并且其中，所述光放大器包括设置在所述光放大器的第二接触层上的第二电极。13.根据权利要求11所述的光隔离器，其中，所述光放大器的增益材料层、包层半导体层和第二接触层在光的行进方向上的长度大于所述光衰减器的增益材料层、包层半导体层和第二接触层在所述光的行进方向上的长度。14.根据权利要求11所述的光隔离器，其中，包括在所述光衰减器中的增益材料层被配置为：基于反向电压被施加到包括在所述光衰减器中的增益材料层来吸收光；并且基于前向电压被施加到包括在所述光放大器中的增益材料层来放大光。15.根据权利要求14所述的光隔离器，其中，将使得所述光衰减器的增益材料层中载流子密度小于透明载流子密度的电压施加到所述光衰减器的增益材料层，并且，将使得所述光放大器的增益材料层中载流子密度大于透明载流子密度的电压施加到所述光放大器的增益材料层。16.根据权利要求9所述的光隔离器，其中，所述光衰减器和所述光放大器中的每一个具有脊型波导形状，其中所述第一接触层在与光的行进方向垂直的方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：申东宰，边铉一，金镇明，申昶均，李昌范，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：