專利名稱：集成有源光子器件和光電探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光子器件(如半導(dǎo)體激光器和光放大器)與光電探測器的單片集成。
光子器件(如半導(dǎo)體激光器，光調(diào)制器和光放大器)被廣泛地用于現(xiàn)代長途通訊系統(tǒng)。我們期望可以監(jiān)控芯片上這些光子器件的光輸出。尤其是當多個器件被集成到一個芯片上，這時需要監(jiān)控多個光子器件。
然而，控制或監(jiān)控光器件的輸出是有問題的，因為激光器或放大器的增益可以被很多因素所影響，包括i)環(huán)境影響，例如溫度、濕度，改變波長和極化等；ii)由于晶體缺陷、接觸點損壞等引起器件性能下降；以及iii)由于沖擊、應(yīng)力等造成光耦合元件的未對準。
目前，體探測器和耦合器被用于監(jiān)控和控制半導(dǎo)體激光器或放大器，但這樣做很昂貴，有損耗，且對大尺度單片集成不適用。
對于半導(dǎo)體激光器，光電探測器可以置于激光器的背面。半導(dǎo)體激光器的面通常在背面被覆一層高反射(HR)涂層(反射系數(shù)R可達到95％)并在前面被覆一層R為5％的抗反射(AR)涂層。光電探測器可以測量從背面(R～95％)逃逸的光，于是可以監(jiān)控器件。
對于半導(dǎo)體光放大器，沒有面可用于光電探測器的監(jiān)控，因為前面和后面均用于光輻射的進和出。所以，一種方案如US 5134671中所教導(dǎo)的是采用集成分支波導(dǎo)，例如Y連接波導(dǎo)，來取出部分輸出饋送給光電探測器，以監(jiān)控放大器。
US 5134671描述了一種單片集成光放大器和光電探測器。光放大器和光電探測器被集成在同一個襯底上，光電探測器通過分支波導(dǎo)(具有低輻射損耗和低回反射)與光放大器光耦合。這是通過困難制造工藝實現(xiàn)的，以形成Y形波導(dǎo)，波導(dǎo)的分支具有遞減的有效折射系數(shù)，以便降低在截斷楔形頂端的光界面上折射系數(shù)間的差異，以避免放大器的光耦合。
由于制造/器件的限制，實際的Y連接波導(dǎo)具有截斷的楔形頂端?？蓞⒖蠢鏢asaki等人Electronic Letters，Vol.17，No.3，pp136-8(1989)的文章。然而，鈍的Y連接頂端(其抑制大量的光回反射到光放大器)限制了耦合光放大器和監(jiān)控光電探測器的單片集成。
集成了使用定向耦合光功率閥(directional coupling optical power tap)的功率監(jiān)控器的1.3微米激光器在U.Koren等人，IEEE Photonics Tech.Letters，Vol.8，No.3，p364(1996)中有說明。此篇描述了一種Y連接光閥，使用無源雙向波導(dǎo)定向耦合器，位于腔的背HR面之后。
上述工藝的缺點是需要四個生長步驟來構(gòu)建這個器件，包括一個過生長以沉積無源波導(dǎo)區(qū)。不同的生長步驟顯著地增加了器件制造的困難程度，因此減少了產(chǎn)量，增加了成本。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種容易制造的、集成有光電探測器件的光子器件，例如半導(dǎo)體激光器或放大器。本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是提供這樣一種器件，其中光電探測器件對光有源激光或放大器件的干擾相比于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)被降低。
本發(fā)明要解決的又一技術(shù)問題是提供與光子器件集成到同一襯底上的光電探測器件，其位置與該器件的帶隙漂移部分有關(guān)，可用于測試帶隙漂移。
根據(jù)一方面，本發(fā)明提供集成到單個襯底上的有源光子器件和光電探測器，該光電探測器適用于監(jiān)控有源器件的輸出，包括一個半導(dǎo)體襯底；一個光有源區(qū)形成于襯底上，包括其上的第一個電接觸，以在光有源區(qū)內(nèi)初始激發(fā)光子發(fā)射和/或進行光子調(diào)制；一個光限制結(jié)構(gòu)，通常限定了經(jīng)由器件和經(jīng)由所述光有源區(qū)的主要光通路；光電探測器結(jié)構(gòu)，形成于襯底上，包括和第一個電接觸間彼此分開并電絕緣的第二個電接觸，它位于主要光通路的一部分的上面，以接收由所述已發(fā)射光子產(chǎn)生的載流子。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供集成在單個襯底上的有源光子器件和光電探測器，該光電探測器適用于監(jiān)控有源器件的輸出，包括一個半導(dǎo)體襯底；一個光有源區(qū)，形成于襯底上，其上包括第一個電接觸；一個非分支的光限制結(jié)構(gòu)，通常決定了經(jīng)由器件和經(jīng)由所述光有源區(qū)的光通路；一個光電探測器結(jié)構(gòu)，形成于襯底上，并包括第二個電接觸，與第一個接觸之間彼此分開并電絕緣，以接收由光有源區(qū)中光子所產(chǎn)生的載流子。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一個集成在同一襯底上的有源光子器件和特征接觸，該特征接觸用于實現(xiàn)器件中帶隙漂移程度的探測，包括一個半導(dǎo)體襯底；一個光有源區(qū)，形成于襯底上，包括一個具有第一帶隙的半導(dǎo)體介質(zhì)，其上還包括第一個電接觸，以在光有源區(qū)內(nèi)初始激發(fā)光子發(fā)射和/或進行光子調(diào)制；一個帶隙漂移區(qū)，形成于襯底上，包括一個具有從所述第一帶隙移動的第二帶隙的半導(dǎo)體介質(zhì)；一個特征接觸，形成于襯底上，和第一個電接觸分開并基本上電絕緣，特征接觸的至少一部分位于帶隙漂移區(qū)之上。
根據(jù)再一方面，本發(fā)明提供了一種方法來確定半導(dǎo)體介質(zhì)的第一區(qū)和半導(dǎo)體介質(zhì)的第二區(qū)之間引入的帶隙漂移度，包括步驟在一襯底上形成光子器件，包括其中所述半導(dǎo)體介質(zhì)具有第一帶隙的第一區(qū)，和其中所述半導(dǎo)體介質(zhì)具有從所述第一帶隙漂移的第二帶隙的第二區(qū)；沉積第一接觸到所述第一區(qū)中用于操作所述光子器件；沉積第二接觸至少部分在所述第二區(qū)上；以及電偏置所述第二接觸以在所述半導(dǎo)體介質(zhì)中產(chǎn)生指示至少所述第二帶隙的大小的電致發(fā)光信號。
根據(jù)再一方面，本發(fā)明提供了一種方法來確定在半導(dǎo)體介質(zhì)的第一區(qū)和半導(dǎo)體介質(zhì)的第二區(qū)之間引入的帶隙漂移度，包括步驟在一襯底上形成光子器件，包括其中所述半導(dǎo)體介質(zhì)具有第一帶隙的第一區(qū)，和其中所述半導(dǎo)體介質(zhì)具有從所述第一帶隙漂移的第二帶隙的第二區(qū)；
沉積第一接觸到所述第一區(qū)中用于操作所述光子器件；沉積第二接觸至少部分在所述第二區(qū)上；以及電激勵所述第二區(qū)以在半導(dǎo)體介質(zhì)中產(chǎn)生電致發(fā)光；電偏置所述第二接觸以便提取指示至少所述第二帶隙的大小的光電探測電流。
在整個說明書中，詞”有源光子器件”打算包含所有光有源半導(dǎo)體器件，使用電荷注入技術(shù)來在半導(dǎo)體的光有源區(qū)中產(chǎn)生光子或調(diào)制光子。本發(fā)明特別適合于把多個光器件單片集成到單一芯片上，應(yīng)用于長途通訊。然而，本發(fā)明可應(yīng)用于監(jiān)控任何上述的有源光子器件，包括激光器、放大器和發(fā)光二極管。
器件可以由任何合適的半導(dǎo)體介質(zhì)形成，特別是III-V和II-VI材料系。
本發(fā)明的實施例將通過例子和參考


如下，在附圖中圖1示出激光器的橫斷面示意圖，它具有一個橫向靠近激光器的光限制結(jié)構(gòu)設(shè)置的光電探測器接觸；圖2a示出圖1中激光器的俯視示意圖，其中光電探測器接觸部分地位于帶隙漂移區(qū)之上；圖2b示出激光器的俯視示意圖，其中光電探測器接觸位于光限制結(jié)構(gòu)內(nèi)，并部分地位于帶隙漂移區(qū)之上；圖2c示出類似于圖2b的激光器的俯視示意圖，但是光電探測器接觸位于器件的高反射層涂層端；圖2d示出類似于圖2a的激光器的俯視示意圖，但是光電探測器接觸位于器件的高反射層涂層端；圖2e示出類似于圖2b的激光器的俯視示意圖，但光電探測器接觸全部位于帶隙漂移區(qū)內(nèi)；圖2f示出類似于圖2e的激光器的俯視示意圖，但光電探測器接觸完全位于帶隙漂移區(qū)之外；圖3a示出圖1器件的面端處帶隙的示意圖；圖3b示出圖1器件的面端處帶隙的示意圖，且光電探測器工作在正向偏置模式。
本發(fā)明提供了有源光子器件(例如半導(dǎo)體激光器或光放大器)和光電探測器的單片集成。本發(fā)明描述了監(jiān)控進而能夠控制半導(dǎo)體激光電二極管的輸出功率的簡單單片解決方案。本發(fā)明在芯片上多個激光器或光放大器的大尺度集成是特別有優(yōu)勢的。
具體參照圖1和2a，半導(dǎo)體激光器10包括光有源區(qū)11，其包括穿過其中延伸的波導(dǎo)部分16。利用現(xiàn)有技術(shù)中的公知技術(shù)，光有源區(qū)11提供具有合適帶隙的半導(dǎo)體介質(zhì)，其中在正向偏置模式下工作時載流子可被注入以產(chǎn)生光子或調(diào)制光子行為。
具有增加帶隙的光無源區(qū)12、15位于波導(dǎo)部分16的各個端部，優(yōu)選利用量子阱混合技術(shù)(quantum well intermixing)來形成，當然任何適于局部增大帶隙的方法都可采用。
混合區(qū)域12、15(或更一般的稱為帶隙漂移區(qū))限定了非吸收鏡(non-absorbing mirror，NAM)。在激光器10的光輸出端，NAM 12設(shè)置有抗反射(AR)涂層13，在激光器的另一端，NAM15設(shè)置有高反射(HR)涂層14。使用混合的面端來實現(xiàn)NAM可以避免對面的災(zāi)難性光損壞(catastrophicoptical damage，COD)，從而可以制造高功率和長壽命的激光電二極管。
一個典型的半導(dǎo)體激光電二極管是利用傳統(tǒng)加工技術(shù)將波導(dǎo)部分16蝕刻成一個脊18來制造的。脊的寬度和高度通常在1至2微米，長度在1000微米量級。脊包含了光場分布1的主要部分，實質(zhì)上限制了電注入電流2和3。然而，應(yīng)當理解，本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于在半導(dǎo)體介質(zhì)中的任意適合光限制結(jié)構(gòu)的情況下，包括埋入異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
一個p型接觸21沉積在脊18的頂端以有利于電流注入到器件10中。一個n型接觸5設(shè)置于器件的底面，位于襯底上和襯底內(nèi)。器件體用傳統(tǒng)方法形成，本征光有源層7通常由各個p型和n型光導(dǎo)層4和6來限制。P型光導(dǎo)層4通常厚度在200納米量級。電流經(jīng)由接觸21和5注入；電子和空穴在光有源層7中復(fù)合以產(chǎn)生光子。脊18限制了器件的光學(xué)模式。P型接觸21和脊的幾何形狀有效地決定了在涂層13和14處的面之間的、穿過器件10的主要光通路23的橫向范圍。
主要光通路是指其中光場分布1的主要部分所經(jīng)過的、經(jīng)由半導(dǎo)體介質(zhì)的通路，它將由光限制結(jié)構(gòu)決定，但并不必須擴及同空間。這是因為在脊波導(dǎo)18之外發(fā)生光場1的重大泄漏，如圖1所示。
優(yōu)選地，光限制結(jié)構(gòu)從而主要光通路23實質(zhì)上是線性的，如圖所示。更優(yōu)選地，光限制結(jié)構(gòu)從而主要光通路23是非分支的。光限制結(jié)構(gòu)可以提供工作的單一光模式。
更進一步，p型接觸22橫向沉積與脊接觸分離，從而提供一個光電探測器接觸。優(yōu)選地，為了簡化制造工藝，p型接觸22和激光器p型脊接觸21同時沉積。
在優(yōu)選實施例中，光電探測器包括一個光電二極管，這個光電二極管接觸22的位置和脊接觸21足夠靠近，使得與激光器的有源區(qū)所產(chǎn)生的光場重疊。然而，光電二極管接觸的位置與脊接觸足夠遠離，以限制注入電流2(見圖1)的電流擴展。如此，光電探測器接觸的位置使得它至少部分地位于經(jīng)由器件的主要光通路的一小部分上方，但是與光限制結(jié)構(gòu)(如脊18)橫向分開。
接觸21和22的相對位置是保證光有源器件和光電探測器之間(a)足夠遠離以致器件之間不存在嚴重電干擾；(b)足夠近以致有足夠的光可以用來產(chǎn)生光電流并因此在光電二極管中產(chǎn)生信號；(c)不會嚴重干擾以折衷光有源器件的性能，例如通過光反饋至激光器中。在圖2a的優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，接觸21和22的橫向分隔距離是10微米量級。
光電二極管優(yōu)選至少部分置于無源(帶隙漂移)區(qū)12和有源區(qū)11之上，并靠近激光器輸出面13，如圖2a最好顯示出的。雖然光電二極管接觸20如圖2a所示位于激光器光輸出端(即鄰近NAM12的AR涂層13)，但是光電探測器20也可以鄰近NAM15的HR涂層14設(shè)置，如圖2d所示。
參看圖2b，示出了光電二極管30的另一種可選結(jié)構(gòu)。在本實施例中，光電二極管30的接觸31直接位于脊18的頂端，與脊接觸21縱向?qū)?，但間隔開。雖然光電二極管接觸31如圖2b所示位于激光器的光輸出端(即鄰近NAM12的AR涂層13)，但是光電探測器接觸35也可以鄰近NAM15的HR涂層14設(shè)置，如圖2c所示。
應(yīng)當理解，光電探測器也可用類似的方法提供到光放大器中，其中器件10的兩端均設(shè)置有AR涂層。
在圖2a和2d的實施例中，光電探測器接觸22、40如圖所示從脊18橫向位移。圖1看的最清楚，接觸的設(shè)置使得它與光場分布的“尾”重疊，但是與有源區(qū)中的電流注入2足夠遠離以避免對其顯著的干擾，如前所述。
光電探測器20、30、35、40和激光器的有源區(qū)16弱耦合，使得來自激光器有源區(qū)的很少一部分光輻射可被監(jiān)控，而不會有害地影響激光器的性能。在一個典型的例子中，脊接觸21向該區(qū)中施加幾百微安的注入電流，而光電探測器接觸22只需要引出從皮安至納安范圍內(nèi)的探測電流，即大約小104到108倍量級的電流。
在光電二極管模式中，光電二極管接觸20在反向偏置模式下被驅(qū)動，使得來自光場1“尾部”的光子可以在帶中產(chǎn)生載流子，于是產(chǎn)生可被測量的光電流。取出的相對功率(它決定了探測器的響應(yīng)率)可以很容易由光電二極管和脊之間的距離來控制。
這種方法測量光電流的好處是取出的光功率沒有有效的損失，并且不存在能夠產(chǎn)生可能有害地影響激光器性能的附加空穴效應(yīng)(additional cavityeffect)的激光器10和探測器20間的光耦合機制。
因為不再需要把光電探測器置于器件的HR涂層面14的后面，這個面的反射率可以增加，從R～95％的傳統(tǒng)數(shù)字到最大值R＞99.9％。器件輸出功率(～5％)的增加成為可能。
在圖2a和2d的實施例中，光電二極管接觸22、40位置偏離脊的邊，朝向器件的AR涂層或朝向器件的HR涂層14。在圖2b、2c、2e和2f中，光電探測器接觸31、35、50、51、60、61置于光限制結(jié)構(gòu)(如脊18)上面，但是與脊接觸縱向分離足夠的距離以保證充分的電絕緣。光電探測器在反向偏置模式下的工作類似于關(guān)于圖2a和2d的前面敘述，雖然光電探測器當然置于或接近主要光通路中的光場分布1的峰。
在圖2a到2d的例子中，光電探測器接觸跨騎帶隙漂移區(qū)12和非漂移區(qū)11設(shè)置。這使得光電探測器接觸22、31、35被用于向器件的帶隙漂移/非漂移區(qū)中注入載流子(使用正向偏置工作模式)，以監(jiān)控用于產(chǎn)生帶隙漂移的混合過程的有效性。
通過在正向偏置模式下驅(qū)動光電探測器接觸，可以產(chǎn)生分別對應(yīng)帶隙漂移和非漂移區(qū)12和11的第一和第二波長的光子。如果激光器10不工作，可以用外部光電探測器來觀察產(chǎn)生的電致發(fā)光(EL)信號，它可以通過AR涂層13的面接收到。EL信號的兩波長的相對分離提供了測量兩個區(qū)域11和12間帶隙漂移程度的一種方法。在接觸40的情況下(圖2d)，如果允許用于探測目的的足夠光發(fā)射，那么產(chǎn)生的EL信號可以通過HR涂層14面接收到。當然，在光放大器中，這個面會具有AR涂層。
這個EL信號可以提供一個原位特征技術(shù)來測量制造過程中混合區(qū)的尺寸。
圖3a示出圖2a到2f中器件的面端的帶隙示意圖。光電二極管接觸22、31、36或40的位置與器件10的帶隙漂移(混合)區(qū)12或15及非漂移區(qū)11重疊，在與有源區(qū)接觸21分隔開的器件無源區(qū)中。器件的光有源區(qū)11中所產(chǎn)生的光子引起相應(yīng)的電子和空穴電流32、33可以用光電探測器20、30來測量。
另一方案，在圖3b，光電二極管接觸22、31或36如圖所示在正向偏置模式下被驅(qū)動以產(chǎn)生載流子電流37、38，從而在器件的帶隙漂移/非漂移區(qū)內(nèi)產(chǎn)生電致發(fā)光。
在所述的光電二極管的正向偏置工作模式下，電流被注入以產(chǎn)生電致發(fā)光信號。在進一步工作模式下，外部光源可用來激發(fā)從帶隙漂移/非漂移區(qū)發(fā)射不同波長的光子。光電探測器接觸可工作在反向偏置模式下，再次探測對應(yīng)于帶隙漂移和非漂移區(qū)的每一個的光電流以便決定制造過程中量子阱混合程度。
應(yīng)當理解，這種光激發(fā)和反向偏置光電探測工作模式在未劃開的晶片上可以是有效的，所以可表征晶片上制造的每個激光器件的QWI制造工藝特性。
進一步參考圖2f，光電探測器接觸60、61被完全置于光有源區(qū)域11內(nèi)，位于脊上，在AR涂層端或者在HR涂層端，或同時在兩者處。在這種構(gòu)造下，為了使用反向偏置光電二極管模式，光電探測器接觸必須放置得離脊接觸足夠遠以實現(xiàn)充分的電絕緣。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，電絕緣可以尤其受到在兩個接觸21和60或21和61之間的半導(dǎo)體介質(zhì)中包含電絕緣結(jié)構(gòu)的影響。相比之下，在圖2e的實施例中，充分的電絕緣通過光電探測器接觸50或51位于其中的帶隙漂移區(qū)來保證。
在所有上述的實施例中，脊接觸18和近鄰的光電探測器接觸22、31、36、40、50、60等的p型鍍金屬可以同時沉積以提高器件的生產(chǎn)能力。
可以理解，實際的結(jié)構(gòu)和有源光子器件相對于光電二極管的位置依賴于具體的應(yīng)用。例如，較高功率的激光二極管相對于低功率激光器會需要同級別探測能力的光電二極管，因此可以把它進一步遠離激光器放置。探測器的響應(yīng)度可以是0.1mA/mW量級或更低。通過改變離光源的距離，可以改變探測器的響應(yīng)度。如果有源光子器件和光電探測器之間的距離短，使得電干擾可能發(fā)生，那么電絕緣可以利用傳統(tǒng)的隔離技術(shù)來獲得，例如淺蝕刻和/或離子注入。
與現(xiàn)有技術(shù)制造的器件相比，本發(fā)明的方案具有以下優(yōu)點。
1)二極管接觸被沉積到p型脊接觸18的近鄰(優(yōu)選同時沉積)。這樣相比于制造激光器或放大器，無需附加加工步驟。
2)光電探測器20可以和多個激光器全部集成到同一個芯片上。
3)無需制造復(fù)雜的Y連接波導(dǎo)。
4)既然器件的制造是通過“芯片上”加工進行的，與需要把分立二極管元件安裝上去相比較，器件的可靠性提高了。
5)封裝工藝也簡化了，從而降低了制造成本。
6)器件可以作為光電二極管工作以監(jiān)控背面和/或前面的光功率。
7)通過工作在反向偏置下，器件可以監(jiān)控NAM的有效性。EL發(fā)射測量可以確定帶隙漂移。
8)背反射可以具有達到99.9％的反射率值。所以，相比于探測器位于背面之后的器件，正向輸出功率可以增加大約5％。
9)光電探測器不會顯著影響有源光子器件的性能。
雖然上述光電探測器的優(yōu)選例子與具有光限制結(jié)構(gòu)、工作在單一光學(xué)工作模式下的有源器件相聯(lián)系，但原理也可用于多模器件、光放大器和發(fā)光二極管。
其它的實施例是有意識的在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種集成到單個襯底上的有源光子器件和光電探測器，該光電探測器適用于監(jiān)控所述有源器件的輸出，包括一半導(dǎo)體襯底；一形成于所述襯底上的光有源區(qū)，包括其上的第一電接觸用來在所述光有源區(qū)內(nèi)啟動光子發(fā)射和/或調(diào)制光子；一光限制結(jié)構(gòu)，大體限定了一條經(jīng)由所述器件并經(jīng)由所述光有源區(qū)的主要光通路；一形成于所述襯底上的光電探測器結(jié)構(gòu)，包括從所述第一接觸移位并實質(zhì)上電絕緣的、在所述主要光通路的一部分的上面、用于接收通過所述已發(fā)射光子產(chǎn)生的載流子的第二電接觸。
2.按照權(quán)利要求1的器件，其中所述光限制結(jié)構(gòu)是線性的。
3.按照權(quán)利要求1的器件，其中所述光限制結(jié)構(gòu)是非分支的。
4.按照權(quán)利要求1的器件，其中所述光限制結(jié)構(gòu)具有單一光學(xué)模式。
5.按照權(quán)利要求1的器件，其中所述第二電接觸位于所述襯底上，橫向偏離所述主要光通路的軸。
6.按照權(quán)利要求1的器件，其中所述第二電接觸位于所述襯底上，直接位于所述主要光通路的軸上并與所述第一接觸縱向分隔開。
7.按照權(quán)利要求1的器件，還包括在所述光通路中的、具有比所述光有源區(qū)更大帶隙的至少一個帶隙漂移區(qū)，其中所述第二接觸至少部分地位于所述帶隙漂移區(qū)上。
8.按照權(quán)利要求7的器件，所述帶隙漂移區(qū)位于所述光通路的各端部。
9.按照任一前述權(quán)利要求的器件，其中所述光限制結(jié)構(gòu)包括脊波導(dǎo)。
10.按照權(quán)利要求7或8的器件，其中所述帶隙漂移區(qū)利用混合技術(shù)形成。
11.按照任一前述權(quán)利要求的器件，其中所述有源光子器件是激光器，所述光限制結(jié)構(gòu)包括位于其一端部處的、具有實質(zhì)上高于95％的反射系數(shù)的反射鏡。
12.按照權(quán)利要求11的器件，其中所述反射鏡的反射系數(shù)大于或等于99.9％。
13.按照任一前述權(quán)利要求的器件，還包括位于所述第一和第二接觸間的電絕緣結(jié)構(gòu)。
14.一種集成到單個襯底上的有源光子器件和光電探測器，該光電探測器適用于監(jiān)控所述有源器件的輸出，包括一半導(dǎo)體襯底；一光有源區(qū)，形成于所述襯底上并包括其上的第一電接觸；一非分支的光限制結(jié)構(gòu)，大體限定了一條經(jīng)由所述器件并經(jīng)由所述光有源區(qū)的光通路；一光電探測器結(jié)構(gòu)，形成于所述襯底上，并包括從所述第一接觸位移開并電絕緣的、用來接收由所述光有源區(qū)中光子產(chǎn)生的載流子的第二電接觸。
15.一種集成到單個襯底上的有源光子器件和特征接觸，該特征接觸用于實現(xiàn)所述器件中帶隙漂移程度的探測，包括一半導(dǎo)體襯底；一光有源區(qū)，形成于所述襯底上并包括一具有第一帶隙的半導(dǎo)體介質(zhì)，以及包括其上的第一電接觸用于在所述光有源區(qū)內(nèi)啟動光子發(fā)射和/或調(diào)制光子；一帶隙漂移區(qū)，形成于所述襯底上并包括一具有從所述第一帶隙漂移的第二帶隙的半導(dǎo)體介質(zhì)；一特征接觸，形成于所述襯底上，從所述第一電接觸位移開并與所述第一電接觸實質(zhì)上電絕緣，所述特征接觸的至少一部分在所述帶隙漂移區(qū)上。
16.按照權(quán)利要求15的有源光子器件，其中所述特征接觸完全在所述帶隙漂移區(qū)上。
17.按照權(quán)利要求15或權(quán)利要求16的有源光子器件，其中所述特征接觸橫向偏離所述第一接觸。
18.按照權(quán)利要求15、16或17的有源光子器件，其中所述特征接觸臨近所述有源光子器件的輸出面。
19.一種確定在半導(dǎo)體介質(zhì)的第一區(qū)和半導(dǎo)體介質(zhì)的第二區(qū)之間引入的帶隙漂移程度的方法，包括以下步驟在一襯底上形成光子器件，包括其中所述半導(dǎo)體介質(zhì)具有第一帶隙的第一區(qū)，和其中所述半導(dǎo)體介質(zhì)具有從所述第一帶隙漂移的第二帶隙的第二區(qū)；沉積第一接觸到所述第一區(qū)中用于操作所述光子器件；沉積第二接觸至少部分在所述第二區(qū)上；以及電偏置所述第二接觸以在所述半導(dǎo)體介質(zhì)中產(chǎn)生指示至少所述第二帶隙的大小的電致發(fā)光信號。
20.按照權(quán)利要求19的方法，其中所述第二接觸被沉積在所述第一區(qū)和所述第二區(qū)兩者的一部分上，并且其中產(chǎn)生的所述電致發(fā)光信號指示所述第一和第二帶隙之間的大小差異。
21.一種確定在半導(dǎo)體介質(zhì)的第一區(qū)和半導(dǎo)體介質(zhì)的第二區(qū)之間引入的帶隙漂移度的方法，包括以下步驟在一襯底上形成光子器件，包括其中所述半導(dǎo)體介質(zhì)具有第一帶隙的第一區(qū)，和其中所述半導(dǎo)體介質(zhì)具有從所述第一帶隙漂移的第二帶隙的第二區(qū)；沉積第一接觸到所述第一區(qū)中用于操作所述光子器件；沉積第二接觸至少部分在所述第二區(qū)上；以及電激勵所述第二區(qū)以在所述半導(dǎo)體介質(zhì)中產(chǎn)生電致發(fā)光；電偏置所述第二接觸以便提取指示至少所述第二帶隙的大小的光電探測電流。
22.按照權(quán)利要求21的方法，其中所述第二接觸沉積在所述第一區(qū)和所述第二區(qū)兩者的一部分上，并且其中產(chǎn)生的所述光電探測電流指示所述第一和第二帶隙之間的大小差異。
全文摘要
一種有源光子半導(dǎo)體器件，如激光器、光放大器或LED，其與光電探測器單片集成。該器件包括一個光有源區(qū)，形成于襯底之上，包括第一個電接觸用于啟動激發(fā)光有源區(qū)內(nèi)的光子發(fā)射；一個光限制結(jié)構(gòu)，通常決定了經(jīng)由器件和經(jīng)由所述光有源區(qū)的主要光通路；以及一個光電探測器結(jié)構(gòu)，形成于襯底之上，包括第二個電接觸，從第一個電接觸離開并實質(zhì)上電絕緣，位于主要光通路的一部分的上面，以接收由所述已發(fā)射光子產(chǎn)生的載流子。光電探測器優(yōu)選覆蓋混合/非混合區(qū)，接近于器件的面并且也接近于器件的有源區(qū)。光電探測器和光限制結(jié)構(gòu)有弱的耦合，使得光射線的很少一部分可以在不會有害影響器件性能的情況下被監(jiān)控。
文檔編號H01L31/173GK1703783SQ03813189
公開日2005年11月30日 申請日期2003年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月10日
發(fā)明者斯蒂芬·納杰達 申請人:英坦斯有限公司