具有量子阱層的設備的制作方法
【專利摘要】一種用于引導和吸收電磁輻射的設備，所述設備包括：吸收裝置，用于吸收電磁輻射；波導，與吸收裝置相耦合，用于將電磁輻射引導至吸收裝置，其中所述波導和吸收裝置由包括第一覆層、第一覆層上的第二覆層、以及第一和第二覆層之間的量子阱層的結構形成，所述量子阱層由與第一和第二覆層具有不同成份的材料形成，其中量子阱層的厚度和成份被優(yōu)化為：提供波導中對電磁輻射的可接受吸收等級，同時提供適合帶隙以便在吸收裝置中吸收電磁輻射。
【專利說明】具有量子阱層的設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于引導和吸收電磁輻射的設備。具體地，本發(fā)明涉及一種包括量子阱層的結構。
【背景技術】
[0002]光譜儀用于多種應用，以便測量波長范圍內光的特性。例如，通過獲得感興趣對象的吸收或發(fā)射譜，可以將光譜儀用于成份分析。光譜內峰值的存在和位置可以指示特定元素或化合物的存在。通常將光譜儀用于光波長下的分析，也可以將光譜儀用在例如微波和無線電波長等其它波長下。
[0003]通常光譜儀是相對復雜和昂貴的設備，需要以高精度控制多個移動部件的對準。例如，典型光譜儀可以將光聚焦到衍射光柵以便將入射波束分為分離波長，可以將衍射光柵旋轉到特定角度以便將特定波長的光定向至檢測器。近年來，已經(jīng)開發(fā)了基于芯片的光譜儀，所述基于芯片的光譜儀高度小型化，沒有移動部件，并且可以使用發(fā)展成熟的光刻技術來進行制作。
[0004]典型的芯片光譜也也可以稱作片上光譜儀，芯片光譜儀包括:襯底，將波導以及與所述波導相耦合的多個盤式諧振器圖案化到襯底上。波導將輸入光引導至盤式諧振器。將光輸入到波導的一端，將每個諧振器排列為支持特定波長處的諧振模式，使得僅該波長的光耦合進入諧振器。每個盤式諧振器的頂部是用于檢測電流的電極，所述電流與諧振器中存在的光量成比例。因此，在每個諧振器中檢測到的電流指示了輸入光束中存在的該波長的光量。每個電極還與信號接合焊盤相連，信號接合焊盤用于將光譜儀與用于測量電流的外部設備相連。為了確保輸入到波導的光被盤式諧振器而不是由波導吸收，盤式諧振器和波導必須構造為具有不同特性，例如，通過確保波導內的半導體帶隙高于盤式諧振器內的帶隙。由于需要額外的外延再生長和工藝步驟的事實，對不同帶隙的需要增加了制造復雜程度。

【發(fā)明內容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于引導和吸收電磁輻射的設備，所述設備包括:吸收裝置，用于吸收電磁輻射；波導，與吸收裝置相耦合，用于將電磁輻射引導至吸收裝置，其中所述波導和吸收裝置由包括第一覆層、第一覆層上的第二覆層以及第一和第二覆層之間的量子阱層的結構形成，所述量子阱層由具有與第一和第二覆層不同成份的材料形成，其中量子阱層的厚度和成份被優(yōu)化為:提供波導中對電磁輻射的可接受吸收等級，同時提供適合帶隙以便在吸收裝置中吸收電磁輻射。
[0006]吸收裝置可以是任意吸收結構、層或組件。例如，吸收裝置可以構成用于檢測輻射的檢測器的一部分。
[0007]吸收裝置可以包括至少一個諧振器，每一個諧振器在電磁輻射的預定波長處進行諧振。所述設備可以包括襯底，可以將諧振器和波導設置在所述襯底上。理想情況下，為了縮小化損耗，需要在波導內避免吸收層。然而，很難在吸收裝置和波導中用不同成份的材料制造設備。根據(jù)本發(fā)明，將量子阱吸收層設置在吸收裝置和波導二者內。當吸收裝置包括諧振器時，將量子阱設置在每個諧振器和波導內。通過使用量子阱層，可以控制波導和諧振器內的吸收程度，并且提供了對吸收層帶隙的更好控制。
[0008]波導內的可接受吸收等級可以是在量子阱層厚度和成份的預定范圍內可獲得的最小吸收等級，使得量子阱的厚度和成份被優(yōu)化為最小化波導內的吸收。
[0009]量子阱層的厚度可以實質上小于波導的厚度。
[0010]量子阱的厚度和成份可以配置為:提供所需量子阱基態(tài)躍遷能量，同時最大化諧振器的諧振品質因數(shù)(Q)并保持有源層中的應力低于最大適合值。最大適合值可以是1.5%。
[0011]所述設備可以是光譜儀。量子阱層可以由具有小于或等于預定能量的帶隙的材料形成，預定能量與配置所述光譜儀以檢測的電磁輻射的最大波長相對應。所述諧振器可以是盤式諧振器。
[0012]諧振器可以具有與波長間隔Λ λ相對應的最小自由光譜范圍FSR值，量子阱層可以配置為具有提供基態(tài)躍遷能量的成份和厚度，所述基態(tài)躍遷能量與在波長λ_+Λ λ處的福射能量相對應。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種優(yōu)化用于引導和吸收電磁輻射的設備的量子阱層的層厚度和成份的方法，所述設備包括:吸收裝置，用于吸收電磁輻射；以及波導，與吸收裝置相耦合，用于將電磁輻射引導至吸收裝置，其中所述波導和吸收裝置由包括第一覆層、第一覆層上的第二覆層以及第一和第二覆層之間的量子阱層的結構形成，所述量子阱層由具有與第一和第二覆層不同成份的材料形成，所述方法包括:針對量子阱確定適合的量子阱基態(tài)躍遷能量，以便在吸收裝置中吸收電磁輻射；以及確定量子阱的厚度和成份，所述厚度和成份配置為提供所需的基態(tài)躍遷能量并提供波導內的可接受吸收等級。
[0014]吸收裝置和波導可以設置在設備的襯底上。此外，吸收裝置可以包括至少一個諧振器，每個諧振器在輻射的預定波長處進行諧振。確定量子阱的厚度和成份可以包括確定配置為提供所需的基態(tài)躍遷能量同時最大化諧振器的諧振品質因數(shù)(Q)并保持有源層中的應力低于預定可接受限制的厚度和成份。
[0015]確定量子阱的厚度和成份可以包括:從厚度和成份的預定范圍選擇量子阱層的初始厚度和成份；基于所述初始厚度和成份，確定所述至少一個諧振器中的彎曲損耗；基于所述彎曲損耗，獲得所述諧振器的品質Q因數(shù)值；確定所獲得的Q因數(shù)值是否是在厚度和成份預定范圍內的最大可用Q因數(shù)值；基于所選厚度和成份，獲得量子阱層中的應力值；確定所獲得的應力值是否在預定可接受限制以下；以及如果確定所述Q因素值是最大可用值，并且如果所獲得的應力在預定可接受限制以下，則將所選厚度和成份用作量子阱的最終厚度和成份。
[0016]所述方法還可以包括:如果確定初始成份和厚度的Q值不是最大值或如果所獲得的應力不在預定可接受限制以下，則調整初始厚度和成份以便獲得新厚度和成份，并針對新厚度和成份重復以下步驟:獲得彎曲損耗，確定Q因數(shù)值，確定所獲得的值是否是最大值，獲得應力值并確定所獲得的應力值是否在預定可接受限制以下。應力的預定可接受限制可以是1.5%。[0017]可以基于量子阱層帶隙的目標值來選擇初始成份和厚度。所述至少一個諧振器可以具有最小自由光譜范圍FSR值，所述方法還可以包括:獲得比多個諧振器的最小FSR值小的波長差值；以及通過獲得與跟所述波長差值和預定波長之和相等的波長處的輻射能量相對應的值，來獲得帶隙的目標值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]現(xiàn)參考附圖示例性地描述了本發(fā)明的實施例，附圖中:
[0019]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的光譜儀；
[0020]圖2示出了圖1的光譜儀中的盤式諧振器和波導；
[0021]圖3示出了經(jīng)過圖2的盤式光譜儀和波導的截面；
[0022]圖4示出了圖2的盤式諧振器中量子阱有源層的具體結構；
[0023]圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的有源層厚度如何影響圖2的盤式諧振器中的損耗的圖；以及
[0024]圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的選擇量子阱有源層的適合成份和層厚度的過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]現(xiàn)參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的片上光譜儀。所述光譜儀100包括:襯底110、細長波導120以及與波導120相耦合的多個盤式諧振器130。波導120可以是脊形波導。每個盤式諧振器130具有用于感測所述盤式諧振器中的電流的電極140，電極140與接合焊盤150相連，接合焊盤150用于將光譜儀100連接到其它組件。圖2在平面圖中示出了盤式諧振器130之一，圖3示出了沿圖2線II1-1II的截面。圖4詳細示出了圖3所示有源層的結構。附圖是示意性的，僅用于說明的目的。具體地，可以存在其它層和組件，然而為了清楚省略了所述其它層和組件。例如，還可以將金屬化的附加層作為電學觸點沉積在盤式諧振器的上方和下方，以測量在盤式諧振器中流動的電流，所述電流表示當前耦合到諧振器中的光能的量。
[0026]類似于傳統(tǒng)的基于芯片的光譜儀，在本實施例中，細長波導120與盤式諧振器130相耦合以便將輸入光引導至盤式諧振器130。盤式諧振器130配置為支持光線的特定預定波長處的諧振模式，使得從波導120僅將該預定波長的光耦合進入盤式諧振器130。
[0027]本實施例中，盤式諧振器和波導具有多層結構，多層結構包括支撐層232、有源層疊234和覆蓋層236。將有源層疊234布置為可以位于波導120和盤式諧振器130 二者中，以提供適合帶隙用于在盤式諧振器中吸收輻射，同時仍允許在波導中以低損耗引導光。襯底可以由摻雜濃度大約為1-3X IO18CnT3的η摻雜InP來形成。支持層232也可以由η摻雜InP來形成，摻雜濃度為4-6X1017cm_3。有源層疊234可以由未摻雜的InGaAsP來形成。覆蓋層236可以由摻雜濃度為2X IO18CnT3的p摻雜InP來形成。然而，本發(fā)明不限于這些材料，在其它實施例中可以使用其它材料。
[0028]圖4更詳細地示出了有源層疊234，有源層疊234包括上覆層234_1和下覆層234-2，在本實施例中，上覆層234-1和下覆層234-2均為0.2485 μ m厚并由未摻雜InGaAsP形成。在上下覆層234-1、234-2之間沉積3nm厚的量子阱有源層234-3。量子阱具有比覆層的帶隙小的帶隙。量子阱層還可以由未摻雜InGaAsP來形成，但是具有不同成份，以便提供比覆層的帶隙小的帶隙。覆層234-1、234-2 二者可以由相同材料或不同材料形成，布置為相較于支撐層232和覆蓋層236，具有高折射系數(shù)對比，使得由覆層234-1、234-2和支撐層以及覆蓋層之間的界面形成所述波導。由于引導光通過覆層243-1、234-2并且量子阱243-3夾在覆層之間，因此光還行進通過量子阱。也就是說，在本實施例中，覆層234-1、234-2確保在盤式諧振器130和波導120 二者中，輸入光波與量子阱有源層234-3強重疊。將量子阱置于覆層中心確保了最大化與量子阱的重疊。量子阱本身充分薄，以至于對波導120內的光場具有極小影響或沒有影響。量子阱有源層234-3的厚度實質上小于波導120的厚度，波導120內的模式損耗被最小化。此外，量子阱有源層234-3的厚度減小會將電子態(tài)密度從三維降低到二維，從而減小吸收系數(shù)。這樣降低了波導120中量子阱有源層234-3對光能的吸收，從而當形成波導120和盤式諧振器130時，允許均勻沉積量子阱有源層234-3。同時，一旦將光耦合到盤式諧振器130，由于光圍繞量子阱內的諧振器行進多個來回，其中向盤式諧振器130外僅有較弱耦合，所以即便是相較于較厚的層而言量子阱中的吸收系數(shù)減小，光最終還是被量子阱有源層234-3吸收。波導確保了光場在量子阱上最大，這有助于增加吸收。
[0029]應認識到，可以將有源疊層設計為僅量子阱吸收輻射，而覆層不吸收輻射。通常，覆蓋層236、支撐層232和覆層可以具有大于感興趣的最高能量光子的帶隙，即，大于配置光譜儀以檢測的最短波長處的光子的能量。相反，量子阱有源層234-3可以具有小于感興趣的最低能量光子的帶隙，即，低于配置光譜儀以檢測的最大波長的光子的能量。這樣，可以通過量子阱有源層234-3吸收每個諧振器130中的光。此外，量子阱有源層234-3的相同成份可以用在光譜儀的所有盤式諧振器中，從而簡化了制造工藝。具體地，當預定波長的光從波導120進入諧振器130時，光子可以被量子阱有源層234-3的材料吸收，原因在于，帶隙足夠低，以至于甚至最低能量的光子將電子從價帶激勵到導帶中，從而產生電子空穴對。可以測量得到的電流，該電流與盤式諧振器130內光能的量成比例。因此，可以將盤式諧振器130中量子阱有源層234-3用于檢測和測量在向波導120輸入的光束中在預定波長處存在的光能的量。
[0030]由于可以優(yōu)化有源疊層以在波導中以低損耗引導光而仍在諧振器中吸收光，可以在單個外延步驟中形成所述波導120和盤式諧振器130。波導和盤式諧振器的有源疊層可以集成形成為單個結構。相反，在傳統(tǒng)片上光譜儀中，必須選擇性地刻蝕波導內的吸收層，并將其替換為較寬帶隙合金，或必須首先將吸收層僅沉積盤式諧振器130中。由于可以將量子阱有源層234-3沉積并保留在波導和盤式諧振器二者內，本發(fā)明的實施例可以提供簡化的制造工藝。
[0031]應認識到，本發(fā)明不限于如圖3和4所示的層結構，在其它實施例中，可以使用其它結構。所述結構可以包括附加層或更少層。所述層厚度和材料僅是示例性的，在其它實施例中可以使用其它厚度和材料。
[0032]現(xiàn)參考圖5，附圖示出了量子阱有源層234-3的厚度變化對波導內損耗的影響。在如圖5所示曲線的三個實施例中，使用ΙΟΟΟμπι的波導長度，光譜儀配置為接收中心波長(即，平均波長)為1.6μπι的輸入光。圖5中，相對于向波導輸入的光的波長繪制強度。這里，將強度測量為波導內特定波長處的輸出能量與輸入能量的比值。較高強度指示輸入能量的較大部分仍存在于波導端部處，即，沒有被波導內量子阱有源層吸收。Inm和14nm周圍的強度凹陷對應于在中心波長以上Inm和14nm的波長的光耦合到盤式諧振器。
[0033]在第一實施例中，如圖5實線501所示，量子阱有源層厚度為3nm。在第二實施例中，如圖5虛線502所示，量子阱有源層厚度為4nm。在第三實施例中，如圖5點線503所示，量子阱有源層厚度為5nm。通常，如圖5所示，量子阱有源層越薄，波導內的損耗越少。也就是說，對于任意給定波長的光和任意給定材料的有源層，量子阱有源層越薄，波導內的損耗越小。因此，優(yōu)選地，將量子阱有源層形成為具有對于以均勻方式制造而言實際可行的最小厚度。
[0034]現(xiàn)參考圖6，示出了針對已知最大感興趣波長λ_(即，要檢測的最大波長)優(yōu)化量子阱有源層的層厚度和成份的過程。厚度和成份可以被選擇為提供適合的帶隙，以最大化盤式諧振器的諧振品質(Q)因數(shù)，并在量子阱層中提供小于1.5%的固定應力。
[0035]首先，在步驟S601，確定波長偏移Λ λ。每個盤式諧振器支持不同階次的諧振模式，將這些模式之間的波長分隔稱作自由光譜范圍(FSR)值。將波長偏移Λ λ選擇為小于多個盤式諧振器的最小自由光譜范圍。
[0036]接下來，在步驟S602，針對量子阱有源層選擇起始厚度和成份，以便提供初始所需帶隙。選擇起始厚度和成份以便提供hc/(Xmax+A λ)的量子阱基態(tài)躍遷能量，其中h是普朗克常數(shù)，c是真空中的光速。也就是說，帶隙的初始目標值對應于與波長差值Λ λ和預定波長λ_之和相等的波長處的輻射能量。改變阱的深度直到量子阱基態(tài)能量與所選的值匹配。然而，在其它實施例中，可以使用其它方法來確定初始厚度和成份。例如，數(shù)據(jù)庫可以存儲適合多個預定λ和△ λ值的近似厚度和成份，可以基于與本實施例所需真實值最接近的可用λ_和 Λ λ值的值，來選擇起始厚度和成份。
[0037]接下來，在步驟S603，基于針對量子阱有源層選擇的起始厚度和成份，確定盤式諧振器的彎曲損耗。諧振器的彎曲損耗還取決于諧振器的尺寸。接著，在步驟S604，確定盤式諧振器的諧振Q因數(shù)。Q因數(shù)取決于步驟S603處獲得的彎曲損耗，但是也取決于波導內的吸收等級。在步驟S605，確定Q因數(shù)是否被最大化，或是否有更高的Q。當最大化盤式諧振器中的吸收并最小化波導內的吸收時，Q因數(shù)被最大化。將量子阱設計為較薄，以便降低脊狀波導內的重疊，從而最小化波導內的吸收。如果沒有最大化Q因數(shù)，則過程返回到步驟S602，選擇不同厚度和/或成份。在參數(shù)空間中Q因數(shù)只有一個最大值，可以通過迭代過程發(fā)現(xiàn)該最大值。例如，每次迭代中相對于起始值將厚度和/或成份改變預定的量。
[0038]如果在步驟S605確定針對當前所選厚度和成份最大化了 Q因數(shù)，則在步驟S606，確定量子阱有源層中的應力是否在可接受限制內。例如，如果應力小于1.5%，則該應力是可接受的，盡管在其它實施例中可以使用其它限制。1.5%的示例適于上述材料，應理解最大可接受應力值根據(jù)所用材料而改變。應力可以取決于量子阱有源層材料和襯底材料之間的平面內晶格失配。應理解，覆層與襯底是晶格匹配的。如果應力是不可接受的，則該過程返回到步驟S603，并選擇不同厚度和/或成份。然而，如果應力是可接受的，則完成該過程，當制造光譜儀時可以使用當前所選厚度和成份。
[0039]應理解，盡管描述了圖6過程步驟的特定順序，然而可以改變該順序。通常，優(yōu)化量子阱成份和厚度的過程包括:改變量子阱的成份和層厚度，以便提供相同所選基態(tài)能量，同時最大化Q值并將應力保持為低于最大適合值。將基態(tài)能量選擇為接近感興趣最大波長的能量。
[0040]此外，應認識到，圖6過程中所分析的至少一部分參數(shù)取決于諧振器的特性。例如，F(xiàn)SR和彎曲損耗取決于諧振器的尺寸和階次。在一些實施例中，如果可以改變諧振器的尺寸，則可以針對給定厚度和成份的量子阱，優(yōu)化每個諧振器的半徑。改變盤式諧振器的半徑可以影響彎曲損耗和FSR，因此，在優(yōu)化每個盤式諧振器的半徑之后，可以針對新更新的諧振器尺寸重復圖6的方法以便確定是否進一步調整量子阱的厚度和成份。這可以是迭代過程，涉及重復地優(yōu)化盤的半徑和順序、優(yōu)化吸收層成份和厚度、針對新吸收層調整盤的半徑和順序等?？梢灾貜驮撨^程直到實現(xiàn)預定標準，例如，直到實現(xiàn)了可接受損耗，或直到將該過程重復特定次數(shù)。在一些實施例中，每個優(yōu)化過程可以僅實施一次，或可以根本不實施吸收層優(yōu)化。
[0041 ] 這里，波導內的可接受損耗可以是在給定限制中(例如，厚度和成份的可用范圍、最大適合應力和最大化Q值)可獲得的最小損耗。備選地，可接受損耗可以不必是最小可實現(xiàn)損耗，而可以是預定最大可接受限制之下的任意損耗。例如，當識別到提供小于最低可接受限制的損耗的厚度和成份時，可以停止該過程，而無論是否存在提供甚至更小損耗的其它厚度和/或成份，在給定限制內無法獲得預定可接受限制的情況下，可以在厚度和成份的預定范圍內選擇給予最小損耗的厚度和成份。
[0042]盡管以上描述了本發(fā)明的特定實施例，然而技術人員應認識到在不脫離由所附權利要求限定的本發(fā)明范圍的前提下，有可能進行多種改變和修改。
[0043]例如，應認識到可以將描述本發(fā)明時參考的光譜儀看做是分光光度計或其一部分。因此，所用的術語“光譜儀”可以用術語“分光光度計”來代替。
[0044]此外，盡管將光譜儀描述為接收并引導光，然而光譜儀可以用于引導和檢測任何波長的電磁輻射。此外，盡管將光譜儀描述為包括盤式諧振器，然而所述波導可以用于將光引導至不同類型的諧振器。例如，諧振器可以是任何高Q腔體，例如，球形諧振器、微環(huán)等。
[0045]此外，盡管相對片上光譜儀描述了本發(fā)明的特定實施例，然而量子阱有源層還可以用于其它設備中，以便最小化導光部分中的損耗，同時允許在該結構的吸收部分中吸收輻射。例如，在其它實施例中，量子阱有源層可以包括在多種設備中，例如，光子集成電路、光學傳感器和系統(tǒng)以及例如分插復用器的光學通信設備。波導可以將輻射引導至設有吸收裝置的任意類型檢測器，所述設備不必包括諧振器。通常，如以上參考圖4所述，吸收裝置布置為檢測電磁輻射的預定波長，量子阱厚度和成份應提供適合帶隙以便確?？梢栽谖昭b置中檢測和吸收預定波長的電磁輻射。這里，適合帶隙是小于或等于在預定波長處光子的能量的任意帶隙。
【權利要求】
1.一種用于引導和吸收電磁輻射的設備，所述設備包括: 吸收裝置(130)，用于吸收電磁輻射； 波導(120)，與吸收裝置相耦合，用于將電磁輻射引導至吸收裝置，其中所述波導和吸收裝置由包括第一覆層、第一覆層上的第二覆層以及在第一和第二覆層之間的量子阱層的結構形成，所述量子阱層由具有與第一和第二覆層不同成份的材料形成，其中量子阱層的厚度和成份被優(yōu)化為:提供波導中對電磁輻射的可接受吸收等級，同時提供適合帶隙以便在吸收裝置中吸收電磁輻射。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括襯底(110)，其中所述波導和吸收裝置設置在所述襯底上，所述吸收裝置包括至少一個諧振器，每個諧振器在電磁輻射的預定波長處進行諧振。
3.根據(jù)權利要求2所述的設備，其中波導內的可接受吸收等級是在量子阱層厚度和成份的預定范圍內可獲得的最小吸收等級，使得量子阱的厚度和成份被優(yōu)化為最小化波導內的吸收。
4.根據(jù)權利要求2或 3所述的設備，其中所述量子阱的厚度和成份配置為:提供所需量子阱帶隙，同時最大化諧振器的諧振品質Q因數(shù)并保持有源層中的應力低于最大適合值。
5.根據(jù)權利要求4所述的設備，其中所述最大適合值是1.5%。
6.根據(jù)任一前述權利要求所述的設備，其中所述量子阱層的厚度實質上小于波導的厚度。
7.根據(jù)任一前述權利要求所述的設備，其中所述設備是光譜儀。
8.根據(jù)權利要求7所述的設備，其中所述量子阱層配置為具有提供小于或等于預定能量的帶隙的成份和厚度，所述預定能量與配置所述光譜儀以檢測的電磁輻射的最大波長入_相對應。
9.根據(jù)權利要求8所述的設備，其中所述諧振器具有與波長間隔△λ相對應的最小自由光譜范圍FSR值，所述量子阱層配置為具有提供與在波長λ_+Λ λ處的輻射能量相對應的基態(tài)躍遷能量的成份和厚度。
10.一種優(yōu)化用于引導和吸收電磁輻射的設備的量子阱層的層厚度和成份的方法，所述設備包括:襯底(110);位于襯底上的吸收裝置(130)，用于吸收電磁輻射；襯底上的波導(120)，所述波導與吸收裝置相耦合，用于將電磁輻射引導至吸收裝置，其中所述波導和吸收裝置由包括第一覆層、第一覆層上的第二覆層以及在第一和第二覆層之間的量子阱層的結構形成，所述量子阱層由具有與第一和第二覆層不同成份的材料形成，所述方法包括: 針對量子阱層確定適合的量子阱基態(tài)躍遷能量，以便在吸收裝置中吸收電磁輻射；以及 確定量子阱的厚度和成份，所述厚度和成份配置為提供所需的基態(tài)躍遷能量并提供波導內的可接受吸收等級。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述設備還包括襯底，所述吸收裝置和波導設置在襯底上，所述吸收裝置包括至少一個諧振器，每個諧振器在輻射的預定波長處進行諧振，其中所述確定量子阱的厚度和成份包括:確定配置為提供所需的基態(tài)躍遷能量同時最大化諧振器的諧振品質Q因數(shù)并保持量子阱層中的應力低于預定可接受限制的厚度和成份。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述確定量子阱的厚度和成份包括: 從厚度和成份的預定范圍選擇量子阱層的初始厚度和成份； 基于所述初始厚度和成份，確定所述至少一個諧振器中的彎曲損耗； 基于所述彎曲損耗，獲得所述諧振器的Q因數(shù)值； 確定所獲得的Q因數(shù)值是否是在厚度和成份的預定范圍內的最大可用Q因數(shù)值； 基于所選厚度和成份，獲得量子阱層中的應力值； 確定所獲得的應力值是否在預定可接受限制以下；以及 如果確定所述Q因數(shù)值是最大可用值，并且如果所獲得的應力在預定可接受限制以下，則將所選厚度和成份用作量子阱層的最終厚度和成份。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括:如果確定初始成份和厚度的Q因數(shù)值不是最大值，或如果所獲得的應力不在預定可接受限制以下，則調整初始厚度和成份以便獲得新厚度和成份，并針對新厚度和成份重復以下步驟:獲得彎曲損耗，確定Q因數(shù)值，確定所獲得的值是否是最大 值，獲得應力值并確定所獲得的應力值是否在預定可接受限制以下。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中基于量子阱層的帶隙的目標值來選擇所述初始厚度和成份。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述至少一個諧振器具有最小自由光譜范圍FSR值，所述方法還包括: 獲得比所述多個諧振器的最小FSR值小的波長差值；以及 通過獲得與跟所述波長差值和預定波長之和相等的波長處的輻射能量相對應的值，來獲得帶隙的目標值。
【文檔編號】G02B6/293GK103998965SQ201280061774
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年10月9日 優(yōu)先權日:2011年10月14日
【發(fā)明者】斯蒂芬·斯韋內, 張亞平 申請人:阿斯特里姆有限公司