半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及至少在光學(xué)應(yīng)用中使用的半導(dǎo)體裝置（1）及其制造方法。該半導(dǎo)體裝置（1）包括：至少一個(gè)實(shí)質(zhì)上以光學(xué)無(wú)源模式可操作的光學(xué)無(wú)源組件（2）；以及至少一種光學(xué)有源材料（6），包括實(shí)質(zhì)上以光學(xué)有源模式可操作的至少一種材料，其中：光學(xué)無(wú)源組件（2）圖案化為包括具有至少一個(gè)預(yù)限定結(jié)構(gòu)（5）的至少一個(gè)光子結(jié)構(gòu)（4），并且光學(xué)有源材料（6）形成在預(yù)限定結(jié)構(gòu)（5）中以在至少一個(gè)橫向平面中與光學(xué)無(wú)源組件（2）實(shí)質(zhì)上自對(duì)準(zhǔn)。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在光學(xué)應(yīng)用中使用的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了滿足未來(lái)計(jì)算系統(tǒng)的需要，可能需要更高速度和更高能效的電互連的替代，例如諸如，芯片級(jí)光學(xué)互連和芯片對(duì)芯片光學(xué)互連。集成光學(xué)，特別是硅光子學(xué)，可適當(dāng)?shù)貪M足這樣的需求。為了有成本效益地批量制造具有適合于用于高速裝置和/應(yīng)用中的執(zhí)行性能的基于CMOS的芯片，要提供具有兼容光源的集成光學(xué)互連。在此情況下的問(wèn)題是，由于硅的間接帶隙，沒(méi)有基于硅的光源是可利用的和/或可被使用的。已經(jīng)通過(guò)采用基于II1-V半導(dǎo)體材料系統(tǒng)設(shè)法解決該問(wèn)題，基于II1-V半導(dǎo)體材料系統(tǒng)典型地提供為結(jié)合硅電子學(xué)和更一般的基于硅平臺(tái)的集成光學(xué)使用的光源。然而，與此相關(guān)的問(wèn)題由II1-V化合物半導(dǎo)體和硅之間的晶格失配造成，在復(fù)雜硅平臺(tái)上直接的單片集成基于II1-V的光源的變得復(fù)雜。在前面提出的方法中，為了便于這樣的集成，采用接合的基于II1-V的光源或者毯覆增益材料。這樣，在將預(yù)處理的基于II1-V的光源接合到給定的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)時(shí)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)高精度對(duì)準(zhǔn)可能是耗時(shí)的和有挑戰(zhàn)，特別是因?yàn)閷?duì)準(zhǔn)精度可能受到接合工藝的進(jìn)一步限制。為了在預(yù)處理的硅基波導(dǎo)上接合毯覆式的II1-V材料，可采用設(shè)置在硅晶片上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，其設(shè)置用于II1-V層的圖案化中涉及的光刻。因?yàn)榛谥T如II1-V材料化合物半導(dǎo)體系統(tǒng)的光源相對(duì)于諸如硅波導(dǎo)和/或共振器的對(duì)準(zhǔn)精度可能相當(dāng)取決于光刻精度，所以對(duì)于一定的應(yīng)用這樣的對(duì)準(zhǔn)精度可能不是不足夠的。
[0003]現(xiàn)在參考Appl.Phys.Lett.，vol.91，021114，2007中出版的，作者為L(zhǎng)i等人，標(biāo)題為“Defect reduction of GaAs epitaxy on Si (001)using selective aspect ratiotrapping”的文件，其中報(bào)道了采用寬高比限制在硅上氧化物溝槽中的II1-V外延。還參考 J.Electrochem.Soc.156, H574, 2009 中出版的，作者為 Li 等人，標(biāo)題為 “Monolithicintegration of GaAs/InGaAs lasers on virtual Ge substrates via aspect-ratiotrapping”的文件，其中示例了憑借寬高比誘捕和外延橫向附晶，GaAs/InGaAs量子阱層通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積形成在硅上的實(shí)質(zhì)Ge基板上。這些文件分別有關(guān)于設(shè)法解決與在硅上制造包括諸如II1-V材料系統(tǒng)的化合物半導(dǎo)體材料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相關(guān)的其它已知的問(wèn)題，這些問(wèn)題可導(dǎo)致其中集成了這樣的結(jié)構(gòu)的裝置的性能劣化。這樣的問(wèn)題涉及III/V材料系統(tǒng)和硅之間的晶格失配和熱系數(shù)的差別。然而，這些文件中的任何一個(gè)都沒(méi)有設(shè)法解決上面討論的與化合物半導(dǎo)體系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)相關(guān)的問(wèn)題，該化合物半導(dǎo)體系統(tǒng)與光學(xué)結(jié)構(gòu)(諸如波導(dǎo)，更具體的，光子結(jié)構(gòu))單片集成且光學(xué)耦合。
[0004]在Appl.Phys.Lett.，vol.97，163501, 2010 中出版的，作者為 Bjoerk 等人，標(biāo)題為“S1-1nAs heterojunction Esaki tunnel diodes with high current densities，，的文件中，討論了硅上的II1-V納米線生長(zhǎng)。沒(méi)有解決有關(guān)于諸如波導(dǎo)和/或光子結(jié)構(gòu)的光學(xué)構(gòu)件單片集成和光學(xué)耦合的化合物半導(dǎo)體系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)相關(guān)的問(wèn)題和/或議題。
[0005]參見(jiàn)Optics Express, vol.14, issue20, pp.9203-9210，2006 中出版的，作者為 Fang 等人，標(biāo)題為 “Electrically pumped hybrid AlGaInAs-Silicon evanescentlaser” 的文件以及 Optics Express, vol.15, issuell, pp.6744-6749，2007 中出版的，作者為 Van Campenhout 等人，標(biāo)題為 “Electrically pumped InP-based microdisk lasersintegrated with a nanophotonic silicon-on-1nsulator waveguide circuit，，的文件。這些文件大體公開(kāi)了采用接觸光刻將有源激光區(qū)域朝著波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了好于2微米的的對(duì)準(zhǔn)精度。轉(zhuǎn)到 IEEE J.Sel.Topics Quantum Electron, vol.5, issue3, pp.520-529，1999 中出版的，作者為 Boucart 等人,標(biāo)題為 “Metamorphic DBR and tunnel-junctioninjection:A Cff RT monolithic long-wave length VCSEL”的文件，描述了娃上的 II1-V 光源。該文件公開(kāi)了長(zhǎng)波長(zhǎng)、垂直腔、表面發(fā)射激光器(VCSEL)的制造，其單片集成在磷化銦(InP)晶片上，能在室溫下操作，并且具有隧道結(jié)用于減小在運(yùn)行期間持續(xù)的損耗。該文件沒(méi)有設(shè)法解決有關(guān)于耦合到光學(xué)結(jié)構(gòu)(諸如波導(dǎo)，特別是基于硅平臺(tái)的那些光學(xué)結(jié)構(gòu))的化合物半導(dǎo)體的對(duì)準(zhǔn)的議題/問(wèn)題。
[0006]在以上每個(gè)文件、Journal of Optics, vol.12，065003，2010中公開(kāi)的，作者為Baumann 等人，標(biāo)題為 “Design and optical characterisation of photonic crystallasers with organic gain material，，以及 Appl.Phys.Lett.，vol.91，171108，2007 中公開(kāi)的作者為 Baumann 等人，的標(biāo)題為 “Organic mixed-order photonic crystal laserswith ultrasmall footprint”中，報(bào)道了在二維光子晶體上的旋涂有機(jī)增益材料。盡管適用于有機(jī)增益材料，但旋涂相對(duì)于固態(tài)增益材料(例如，IH-V材料系統(tǒng))不兼容。
[0007]US 2008/0002929A1描述了用于電泵浦混合倏逝激光器的設(shè)備和方法。一個(gè)示例是，該設(shè)備包括設(shè)置在硅中的光波導(dǎo)。有源半導(dǎo)體材料設(shè)置在光波導(dǎo)之上，限定光波導(dǎo)和有源半導(dǎo)體材料之間的倏逝耦合界面，使光波導(dǎo)要引導(dǎo)的光模與光波導(dǎo)和有源半導(dǎo)體材料二者重疊。電流注入通道限定為通過(guò)有源半導(dǎo)體材料并與光模至少部分重疊，使得光響應(yīng)于有源半導(dǎo)體材料的電泵浦而產(chǎn)生，有源半導(dǎo)體材料的泵浦響應(yīng)于沿著與光模至少部分重疊的電流注入通道的電流注入。在該文件中，有源半導(dǎo)體材料產(chǎn)生的光倏逝地耦合到構(gòu)成無(wú)源組件的硅波導(dǎo)。因?yàn)橛性窗雽?dǎo)體材料相對(duì)于硅波導(dǎo)遙遠(yuǎn)地設(shè)置，所以可能的是所產(chǎn)生的光相對(duì)于無(wú)源組件的位置相對(duì)地不變化。再者，可能的是所產(chǎn)生的光與有源半導(dǎo)體材料的重疊相對(duì)小，并且因此可預(yù)料本文件的教導(dǎo)是基于混合的操作模式，即具有相對(duì)較小的有源模式的主無(wú)源模式。這樣的混合操作模式可導(dǎo)致相對(duì)較高的閾值電流和較低的光學(xué)輸出水平。在本文件中可以不考慮并且實(shí)際上不解決對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，因?yàn)樗a(chǎn)生光的位置由下面的硅波導(dǎo)的位置決定。有源半導(dǎo)體材料相對(duì)于下面的硅波導(dǎo)的定位在此情況下可通過(guò)具有微米級(jí)精度的接觸光刻而有利于實(shí)現(xiàn)。
[0008]US 2008/0198888A1公開(kāi)了將在硅波導(dǎo)上接合化合物半導(dǎo)體的方法，用于獲得硅基板之上的激光器。該文件有關(guān)于基于化合物半導(dǎo)體材料系統(tǒng)的光源相對(duì)于硅基板的異質(zhì)集成，而不是單片集成。此外，這樣的異質(zhì)集成通過(guò)具有關(guān)聯(lián)的微米范圍的對(duì)準(zhǔn)公差的光學(xué)接觸光刻實(shí)現(xiàn)。
[0009]US2009/0245298A1公開(kāi)了一種娃激光器集成裝置，包括:在頂表面中包括至少一個(gè)波導(dǎo)的絕緣體上硅基板；以及包括增益層的化合物半導(dǎo)體基板，該化合物半導(dǎo)體基板經(jīng)受了混合集成工藝，其中化合物半導(dǎo)體基板的上表面接合到絕緣體上硅基板的頂表面。該文件涉及化合物半導(dǎo)體基板的表面相對(duì)于絕緣體上硅基板的混合/異質(zhì)集成，而不是單片集成?；衔锇雽?dǎo)體基板和絕緣體上硅基板之間的對(duì)準(zhǔn)通過(guò)光學(xué)接觸光刻實(shí)現(xiàn)，其具有關(guān)聯(lián)的微米級(jí)對(duì)準(zhǔn)公差。根據(jù)所制造結(jié)構(gòu)的指數(shù)對(duì)比，可能的是，激光源/化合物半導(dǎo)體組件產(chǎn)生的光主要限定在硅中而以相對(duì)小的比例限定在化合物半導(dǎo)體內(nèi)，其可用于限制激光器的效率且產(chǎn)生相對(duì)增加的功耗。
[0010]US5703896公開(kāi)了一種用于發(fā)射變化顏色光的設(shè)備，包括:激光層，由結(jié)晶硅量子點(diǎn)形成，結(jié)晶硅量子點(diǎn)形成在氫化硅的隔離矩陣中；所述量子點(diǎn)形成在三個(gè)塊中；所述三塊的每一個(gè)其中具有不同尺寸的量子點(diǎn)，以因此產(chǎn)生三種不同顏色的光；在所述激光層下方的P型半導(dǎo)體的勢(shì)魚(yú)層，所述P型半導(dǎo)體選自組GaP、SiC、GaN> ZnS ;在所述勢(shì)魚(yú)層下方的基板構(gòu)件；在所述激光層上方的η型半導(dǎo)體層，所述η型半導(dǎo)體層選自組GaP、SiC、GaN、ZnS ;在所述基板構(gòu)件下方的正電位接觸，三個(gè)負(fù)電位接觸；所述三個(gè)接觸的每一個(gè)為在所述三個(gè)斑點(diǎn)的不同塊之上；所述三個(gè)接觸的每一個(gè)與所述正接觸一起作用以選擇性對(duì)三個(gè)塊的不同斑點(diǎn)加偏壓；圍繞所述三個(gè)塊的同心光柵的三個(gè)部分；所述部分的每一個(gè)具有對(duì)應(yīng)于由所述三個(gè)塊的相鄰一個(gè)產(chǎn)生的彩色光的徑向周期；并且所述部分的每一個(gè)共振由所述相鄰塊發(fā)射的光子以激發(fā)相干光發(fā)射。該文件有關(guān)于在硅中制造硅量子點(diǎn)。它沒(méi)有設(shè)法解決基于諸如πι-v材料系統(tǒng)的化合物半導(dǎo)體的光源/激光源相對(duì)于光學(xué)結(jié)構(gòu)(諸如基于硅平臺(tái)的光子結(jié)構(gòu)和/或光波導(dǎo))的單片集成。
[0011]US2007/0105251公開(kāi)了一種激光器結(jié)構(gòu)，包括:至少一個(gè)有源層，包括摻雜的Ge，以由Ge的直接帶隙產(chǎn)生約1550nm的光發(fā)射；第一限制結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述至少一個(gè)有源層的頂部區(qū)域上；以及第二限制結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述至少一個(gè)有源層的底部區(qū)域上。該文件似乎大體有關(guān)于VCSEL裝置。它似乎沒(méi)有設(shè)法解決實(shí)現(xiàn)與諸如基于硅平臺(tái)的波導(dǎo)的光學(xué)結(jié)構(gòu)單片集成且光學(xué)耦合的基于化合物半導(dǎo)體材料系統(tǒng)的納米級(jí)對(duì)準(zhǔn)所面臨的挑戰(zhàn)。
[0012]US2007/0104441公開(kāi)了一種集成光電探測(cè)器設(shè)備，包括:(a)基板，包括設(shè)置在基底層之上的第一覆層，基底層包括第一半導(dǎo)體材料，第一覆層限定延伸到基底層的開(kāi)口 ；(b)光波導(dǎo)，包括第一半導(dǎo)體材料且設(shè)置在基板之上；以及(C)光電探測(cè)器，包括第二半導(dǎo)體材料，外延生長(zhǎng)在基底層之上至少在開(kāi)口中，光電探測(cè)器包括光學(xué)耦合到波導(dǎo)的本征區(qū)域，本征區(qū)域的至少一部分延伸在第一覆層之上且與波導(dǎo)橫向?qū)?zhǔn)。所公開(kāi)的制造方法有關(guān)于鍺光電探測(cè)器，其橫向耦合到多晶波導(dǎo)且通過(guò)專用的、多步驟的對(duì)準(zhǔn)程序與多晶波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)。該文件沒(méi)有設(shè)法解決如何使化合物半導(dǎo)體基光源可相對(duì)于基硅平臺(tái)的集成光學(xué)以納米級(jí)對(duì)準(zhǔn)公差單片集成和/或?qū)?zhǔn)。
[0013]US5259049公開(kāi)了一種電-光裝置,包括:基板；激光器，生長(zhǎng)在所述基板上，并且具有有源區(qū)域、蝕刻的鏡面和其上的激光器脊，其中激光器脊的形狀轉(zhuǎn)移到所述基板以形成基板脊，所述激光器產(chǎn)生光束；以及光波導(dǎo)，耦合到鏡面，并且設(shè)置在所述基板脊上，以通過(guò)所述基板脊橫向?qū)?zhǔn)所述激光器脊，有效地成形所述激光器產(chǎn)生的光束的所述光波導(dǎo)包括生長(zhǎng)在所述基板脊的頂上的下覆層、設(shè)置在所述下覆層的頂上的波導(dǎo)芯以及設(shè)置在所述波導(dǎo)芯的頂上的上覆層，其中所述覆層和所述波導(dǎo)芯包括折射率匹配激光器折射率的材料，其中所述上覆層和下覆層具有近似相同的折射率，并且其中波導(dǎo)芯的折射率和所述上覆層的折射率之差分別等于所述激光器的有源層和上覆層的折射率之差。該文件公開(kāi)的裝置中事先制造的激光器耦合到波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置在激光器的頂上，并且通過(guò)與激光器關(guān)聯(lián)的脊特征與激光器對(duì)準(zhǔn)。[0014]US6163639公開(kāi)了一種工藝，用于將光學(xué)元件的連接器適配到集成光線路，集成光學(xué)電路通過(guò)連接至少一個(gè)光學(xué)元件到該線路而構(gòu)成，使每個(gè)元件的輸出和/或輸入與該線路的輸入和/或輸出近似設(shè)置在相同的平面上，該線路的輸入和/或輸出也設(shè)在相同的平面上，其特征在于該工藝包括下面的步驟:電路設(shè)置在具有圖案的模板上，該圖案能使光學(xué)元件與電路的輸入和/或輸出隨后精確對(duì)準(zhǔn)，能保持光學(xué)元件的至少一個(gè)能夠保持住光學(xué)元件的阻塊(block)，設(shè)置在模板上面對(duì)電路的輸入和/或輸出且固定到該電路；去除模板，并且光學(xué)元件設(shè)置在每個(gè)阻塊中，阻塊隨后與線路的輸入和/或輸出對(duì)準(zhǔn)。該文件公開(kāi)了光學(xué)有源光子線路朝著波導(dǎo)部分的無(wú)源對(duì)準(zhǔn)方法。該文件中的無(wú)源光學(xué)部件的上下文內(nèi)包括波導(dǎo)或纖維，而不是腔和/或納米光學(xué)芯片級(jí)波導(dǎo)。關(guān)于無(wú)源光學(xué)部件，它們插入設(shè)置在主基板上的專用對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記中。對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記是蝕刻在主基板中的V-槽，這可意味著對(duì)準(zhǔn)公差依賴于光刻?？偟膩?lái)說(shuō)，該文件沒(méi)有設(shè)法解決基于化合物半導(dǎo)體材料系統(tǒng)的光源相對(duì)于基于硅平臺(tái)的集成光學(xué)單片集成，而是有關(guān)于提供塊體光子部件與光子纖維的混合集成。所描述的方法可認(rèn)為類似于耦合有源的基于II1-V的芯片與二氧化硅玻璃纖維的封裝方法。所描述方法的對(duì)準(zhǔn)公差可能不足以用于相對(duì)大指數(shù)對(duì)比集成的光子部件。
[0015]US2004/0218648A1公開(kāi)了一種激光二極管，包括:基板；下材料層，形成在基板上；共振層形成在下材料層上，上材料層形成在共振層上且在頂部具有脊，埋設(shè)層具有對(duì)應(yīng)于上材料層的脊的接觸孔；保護(hù)層，由與埋設(shè)層的材料不同的材料形成，并且具有對(duì)應(yīng)于埋設(shè)層的接觸孔的開(kāi)口 ；以及上電極，形成在保護(hù)層上以通過(guò)接觸孔接觸脊的上表面。該文件公開(kāi)了用于低泄漏激光二極管的裝置結(jié)構(gòu)和制造方法。所描述的對(duì)準(zhǔn)工藝僅涉及激光二極管的電子注入部分而不涉及用作光源/激光器的材料相對(duì)于包括集成光學(xué)的材料的關(guān)系。也沒(méi)有解決如何可實(shí)現(xiàn)激光器和周圍光學(xué)介質(zhì)/集成光學(xué)之間的光學(xué)耦合。
[0016]參見(jiàn)Optics Express, vol.19, 9221, 2011 中公開(kāi)的，作者為 Halioua 等人，的標(biāo)題為“Hybrid II1-V semiconductor/silicon nanolaser”的文件,其中光泵浦一維光子空腔激光器垂直耦合到預(yù)先構(gòu)型的直硅波導(dǎo)。激光器相對(duì)于硅波導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn)通過(guò)采用硅波導(dǎo)中形成的標(biāo)記的電子束光刻實(shí)現(xiàn)，其潛在地實(shí)現(xiàn)了好于50nm的覆蓋精度。盡管<50nm的對(duì)準(zhǔn)精度遠(yuǎn)好于光學(xué)接觸光刻所能實(shí)現(xiàn)的對(duì)準(zhǔn)精度，但是它可能仍然不能認(rèn)為是適合于例如，高質(zhì)量因子，低模態(tài)體積的微共振器。此外，電子束光刻是勞動(dòng)密集、耗時(shí)的和昂貴的。
[0017]因此，相對(duì)于周圍無(wú)源光學(xué)/光子結(jié)構(gòu)/部件(諸如波導(dǎo)和空腔)單片集成具有相對(duì)高的非線性、光學(xué)增益、光發(fā)射的光學(xué)有源材料是個(gè)挑戰(zhàn)。還希望這樣的任務(wù)執(zhí)行為具有納米級(jí)對(duì)準(zhǔn)公差且不采用專用的對(duì)準(zhǔn)步驟/光刻工藝執(zhí)行對(duì)準(zhǔn)程序，并且從而與批量制造相兼容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]根據(jù)本發(fā)明第一方面的實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體裝置，用于在至少一個(gè)光學(xué)應(yīng)用中使用，包括:至少一個(gè)實(shí)質(zhì)上以光學(xué)無(wú)源模式可操作的光學(xué)無(wú)源組件(opticallypassive aspect);以及至少一種光學(xué)有源材料，包括實(shí)質(zhì)上以光學(xué)有源模式可操作的至少一種材料，其中:光學(xué)無(wú)源組件圖案化為包括具有至少一個(gè)預(yù)限定結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)光子結(jié)構(gòu)，并且光學(xué)有源材料形成在預(yù)限定結(jié)構(gòu)中以在至少一個(gè)橫向平面中與光學(xué)無(wú)源組件實(shí)質(zhì)上自對(duì)準(zhǔn)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，光學(xué)有源材料生長(zhǎng)在圖案在光學(xué)無(wú)源組件中的光子結(jié)構(gòu)的預(yù)限定結(jié)構(gòu)中。這樣，光學(xué)有源材料相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件在至少一個(gè)橫向平面中實(shí)質(zhì)上自對(duì)準(zhǔn)且光學(xué)耦合。可進(jìn)行光學(xué)有源材料相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件和/或其特征的對(duì)準(zhǔn)而不需要專用的對(duì)準(zhǔn)步驟和/或設(shè)備。因?yàn)楣鈱W(xué)有源材料形成在預(yù)限定結(jié)構(gòu)中，該預(yù)限定結(jié)構(gòu)是關(guān)于光子結(jié)構(gòu)提供的且為光子結(jié)構(gòu)固有的結(jié)構(gòu)特征，所以光學(xué)有源材料相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件和/或其特征設(shè)置的精度可取決于圖案化具有光子結(jié)構(gòu)及其特征的光學(xué)無(wú)源組件時(shí)使用的掩模精度或各蝕刻工藝。因此，光學(xué)有源材料可以以低至幾個(gè)納米(例如5nm)的精度相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件橫向?qū)?zhǔn)，而不需要?jiǎng)趧?dòng)密集、耗時(shí)和昂貴的設(shè)備(例如，電子束光刻)，同時(shí)也適合于批量制造。在本發(fā)明的實(shí)施例中，首先制造包括預(yù)限定結(jié)構(gòu)的光子結(jié)構(gòu)，然后在預(yù)限定結(jié)構(gòu)中形成光學(xué)有源材料。因此，通過(guò)其提供光子結(jié)構(gòu)的制造步驟可認(rèn)為是執(zhí)行雙重功能。雙重功能的基礎(chǔ)是光子結(jié)構(gòu)的預(yù)限定結(jié)構(gòu):首先，它提供光學(xué)有源材料的生長(zhǎng)位置以有助于光學(xué)有源材料和光學(xué)無(wú)源組件之間的光學(xué)耦合，其次，它便于本發(fā)明實(shí)施例的自對(duì)準(zhǔn)特征。光學(xué)無(wú)源組件也可表示為半導(dǎo)體裝置的光學(xué)無(wú)源區(qū)域。
[0019]優(yōu)選地，光學(xué)有源材料實(shí)質(zhì)上選擇性地形成在預(yù)限定結(jié)構(gòu)中。在本發(fā)明的實(shí)施例中，光學(xué)有源材料形成在本發(fā)明實(shí)施例的光子結(jié)構(gòu)的預(yù)限定結(jié)構(gòu)中、該預(yù)限定結(jié)構(gòu)是關(guān)于光子結(jié)構(gòu)提供的且為光子結(jié)構(gòu)固有的結(jié)構(gòu)特征。該特征可被認(rèn)為是延伸了有助于光學(xué)有源材料相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件單片集成的優(yōu)點(diǎn)，與前面提出的技術(shù)相比相對(duì)容易實(shí)施。
[0020]可替換地，且希望地，光學(xué)有源材料相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件形成為超過(guò)預(yù)限定結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)區(qū)域。該特征可提供容易形成光學(xué)有源材料的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗恍枰眯纬稍陬A(yù)限定結(jié)構(gòu)中和/或相對(duì)其形成。在此方面，且優(yōu)選地，去除多余的光學(xué)有源材料使光學(xué)有源材料至少提供在預(yù)限定結(jié)構(gòu)中。多余的光學(xué)有源材料希望由濕化學(xué)蝕刻或化學(xué)機(jī)械拋光去除。
[0021]優(yōu)選地，預(yù)限定結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)特征被選擇為由此有助于光學(xué)有源材料相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件實(shí)質(zhì)上自對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)預(yù)限定結(jié)構(gòu)的諸如寬度、高度和/或其形狀的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)特征的進(jìn)行適當(dāng)選擇，本發(fā)明實(shí)施例的自對(duì)準(zhǔn)特征可進(jìn)一步改善和/或提供為例如適于本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用。此外，通過(guò)這樣的選擇可解決光學(xué)有源材料和光學(xué)無(wú)源組件各自所用的材料/材料系統(tǒng)之間的任何晶格失配。
[0022]希望地，預(yù)限定結(jié)構(gòu)是溝槽、孔或其組合。預(yù)限定結(jié)構(gòu)是關(guān)于光子結(jié)構(gòu)提供的結(jié)構(gòu)特征，并且在本發(fā)明的實(shí)施例中選擇為溝槽、孔或其組合。因?yàn)檫@樣的特征可關(guān)于位置和/或結(jié)構(gòu)特征相對(duì)容易和/或精確地提供，所以它們延伸至本發(fā)明的實(shí)施例的自對(duì)準(zhǔn)特征易于實(shí)施以及多功能性的優(yōu)點(diǎn)，這是由于其形狀和/或尺寸(典型地在10納米至10微米的范圍內(nèi))可適合于目標(biāo)特定裝置。
[0023]優(yōu)選地，預(yù)限定結(jié)構(gòu)提供在光學(xué)無(wú)源組件的給定位置。關(guān)于光學(xué)有源材料與光學(xué)無(wú)源組件的自對(duì)準(zhǔn)和光學(xué)耦合，光學(xué)有源材料本地形成在提供在光子結(jié)構(gòu)中的預(yù)限定結(jié)構(gòu)中而不是形成在光學(xué)無(wú)源組件的整個(gè)表面上。例如，預(yù)限定結(jié)構(gòu)可形成在光子結(jié)構(gòu)的預(yù)期通過(guò)光學(xué)有源材料集成激光源/光源的位置。本發(fā)明實(shí)施例的該特征可延伸本發(fā)明實(shí)施例易于設(shè)計(jì)、制造和實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楣鈱W(xué)有源材料按希望的那樣相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件提供而不是一般地提供，后者需要進(jìn)一步的工藝步驟從預(yù)限定結(jié)構(gòu)之外的那些區(qū)域去除光學(xué)有源材料。
[0024]希望地，光學(xué)有源材料可操作為執(zhí)行光的產(chǎn)生、探測(cè)、調(diào)制或其組合。該特征可有助于增加功能性和本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)不同的光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0025]優(yōu)選地，光學(xué)有源材料包括以下所列項(xiàng)目中的至少一種=II1-V材料系統(tǒng)、I1-VI材料系統(tǒng)、至少一種硅納米粒子、至少一種硅量子點(diǎn)、鍺及其包括砷化鎵、銻化鎵、氮化鎵、磷化銦、銦鋁砷化物、銦砷磷化物、銦鎵磷化物、磷化鎵、銦鎵砷化物、銦鎵砷磷化物至少之一的異質(zhì)結(jié)構(gòu)、以及有機(jī)材料系統(tǒng)。希望地，光學(xué)有源材料包括晶體、多晶或非晶材料。本發(fā)明的實(shí)施例不限于用于光學(xué)有源材料的特定材料/材料系統(tǒng)，實(shí)際上，光學(xué)有源材料可采用不同的且廣泛范圍的材料，該特征可根據(jù)其中可采用本發(fā)明實(shí)施例的裝置和/或光學(xué)系統(tǒng)/應(yīng)用而提供增加功能性的優(yōu)點(diǎn)。適當(dāng)?shù)牟牧隙询B和/或量子點(diǎn)包括在本發(fā)明用于光學(xué)有源材料的范圍內(nèi)。
[0026]優(yōu)選地，光學(xué)無(wú)源組件包括提供在至少一個(gè)籽層上的多層結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，多層結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在絕緣體層上的至少一個(gè)硅層，并且籽層包括體硅。其它適當(dāng)?shù)牟牧隙询B也包括在本發(fā)明用于光學(xué)無(wú)源組件的范圍內(nèi)。
[0027]希望地，光學(xué)無(wú)源組件包括以下所列項(xiàng)目中的至少一種:硅、II1-V化合物半導(dǎo)體、鍺、砷化鎵、鋪化鎵、氮化鎵、磷化銦、銦招砷化物、銦砷磷化物、銦鎵磷化物、磷化鎵、銦鎵砷化物、銦鎵砷磷化物、氧化鋁、五氧化鉭、二氧化鉿、二氧化鈦、二氧化硅、氮化硅和氧氮化硅。本發(fā)明的實(shí)施例不限于用于光學(xué)無(wú)源組件的特定材料/多重材料，實(shí)際上，光學(xué)無(wú)源組件可采用不同的和廣泛范圍的材料，該特征可根據(jù)其中可采用本發(fā)明實(shí)施例的裝置和/或光學(xué)系統(tǒng)/應(yīng)用而提供增加功能性的優(yōu)點(diǎn)。
[0028]優(yōu)選地，光學(xué)無(wú)源組件包括至少一個(gè)光波導(dǎo)和光學(xué)腔。在本發(fā)明的實(shí)施例中，光學(xué)無(wú)源組件可包括用于將來(lái)自預(yù)限定結(jié)構(gòu)光傳輸和/或耦合到希望的位置的光波導(dǎo)以及用于形成激光器的腔，從而允許光學(xué)有源材料產(chǎn)生的光子通過(guò)增益介質(zhì)，由此產(chǎn)生受激發(fā)射。
[0029]希望地，本發(fā)明的實(shí)施例包括通過(guò)光學(xué)有源材料的交替層實(shí)施的至少一個(gè)垂直腔表面發(fā)射激光器。該特征包括用于通過(guò)垂直腔特征光學(xué)耦合光學(xué)有源材料與光學(xué)無(wú)源組件的耦合方案。具體而言，建議垂直腔表面發(fā)射激光器具有形成電介質(zhì)的布拉格反射器(Bragg reflectors)的光學(xué)有源材料的交替層。該特征的優(yōu)點(diǎn)可為可按希望通過(guò)改變鏡反射性(即，采用更多或更少的光學(xué)有源材料的交替層)而調(diào)整耦合特性。該特征的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)可以是:在希望節(jié)省橫向平面中的空間的光學(xué)系統(tǒng)/應(yīng)用中易于本發(fā)明實(shí)施例的集成/實(shí)施。在此方面，且優(yōu)選地，垂直腔表面發(fā)射激光器的至少一個(gè)發(fā)射區(qū)域相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件定位成使得垂直腔表面發(fā)射激光器產(chǎn)生的光實(shí)質(zhì)上耦合在以下所列項(xiàng)目中的至少一個(gè)中:相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件的表面的垂直平面以及橫向在光學(xué)無(wú)源組件的面內(nèi)方向上。通過(guò)該特征，光可從垂直腔表現(xiàn)發(fā)射激光器耦合在希望的平面中或相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件的平面中，并且因此可延伸其中可采用本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用/光學(xué)系統(tǒng)的范圍加寬的優(yōu)點(diǎn)。
[0030]希望地，光學(xué)無(wú)源組件在縱向平面中的至少一個(gè)截面小于預(yù)限定結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)截面，因此有助于光學(xué)有源材料產(chǎn)生的光實(shí)質(zhì)上耦合到光學(xué)無(wú)源組件。該特征提供為關(guān)于第一耦合方案，第一耦合方案用于通過(guò)橫向腔特征光學(xué)耦合光學(xué)有源材料與光學(xué)無(wú)源組件。因?yàn)楣鈱W(xué)無(wú)源組件在縱向平面中的截面選擇為小于預(yù)限定結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)截面，所以光學(xué)有源材料產(chǎn)生的光較好地限定在光學(xué)無(wú)源組件內(nèi)。因此，該特征可延伸改善光學(xué)耦合效率和改善裝置性能的優(yōu)點(diǎn)至本發(fā)明實(shí)施例。關(guān)于前面描述的特征，優(yōu)選地，光學(xué)無(wú)源組件包括在其較小截面和預(yù)限定結(jié)構(gòu)之間的漸縮區(qū)域。漸縮特征可用于有利于匹配基于光學(xué)有源材料的光源和光學(xué)無(wú)源組件的各自的模態(tài)尺寸，例如，其中光源為II1-V材料系統(tǒng)，并且光學(xué)無(wú)源組件包括硅光波導(dǎo)。這樣，可進(jìn)一步改善本發(fā)明實(shí)施例的模態(tài)增益。
[0031]希望地，在本發(fā)明的選擇性實(shí)施例中，光學(xué)無(wú)源組件在縱向平面中的截面與預(yù)限定結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)截面實(shí)質(zhì)上具有相同的尺寸?？赡苄枰^少的工藝源來(lái)制造其中光學(xué)無(wú)源組件和預(yù)限定結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上相同的本發(fā)明實(shí)施例。因此，該特征可延伸易于制造和/或?qū)嵤┑膬?yōu)點(diǎn)至本發(fā)明實(shí)施例。
[0032]優(yōu)選地,且關(guān)于光學(xué)稱合光學(xué)有源材料和光學(xué)無(wú)源組件與橫向腔特征的第一I禹合方案，光學(xué)無(wú)源組件包括線波導(dǎo)(wire waveguide)。該特征可延伸易于制造和/或集成的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榫€波導(dǎo)，特別是硅線波導(dǎo)，可通過(guò)確立的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝制造。
[0033]在橫向腔特征的可替換實(shí)施方式中，提供用于光學(xué)耦合光學(xué)有源材料與包括至少一個(gè)一維光子晶體腔的光學(xué)無(wú)源組件的第二耦合方案，其中周期性的孔形成在光子結(jié)構(gòu)的面內(nèi)方向上并且在光子結(jié)構(gòu)的一區(qū)域中，在該區(qū)域中光學(xué)有源材料產(chǎn)生的光實(shí)質(zhì)上率禹合到光學(xué)無(wú)源組件。因?yàn)閷?shí)施為一維光子晶體腔的橫向腔的模態(tài)體積和/品質(zhì)因數(shù)可更好地控制，所以對(duì)應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)前述特征延伸至本發(fā)明實(shí)施例。在一維光子晶體腔的第一實(shí)施方式中，它可在光學(xué)無(wú)源組件中形成為無(wú)啁啾效應(yīng)的和無(wú)尖削的(un-chirped andun-tapered)。在此情況下，光學(xué)無(wú)源組件可實(shí)施為在縱向平面中的截面小于本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)限定結(jié)構(gòu)的截面，光學(xué)無(wú)源組件通過(guò)減縮寬度連接到預(yù)限定結(jié)構(gòu)。有關(guān)前述第一實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)包括:易于實(shí)現(xiàn)，在光學(xué)無(wú)源組件中更好地限制光，以及有助于匹配光學(xué)有源材料和一維光子晶體腔的各自模式。在一維光子晶體腔的第二實(shí)施方式中，光學(xué)無(wú)源組件在縱向平面中的截面與預(yù)限定結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)截面為實(shí)質(zhì)上相同的尺寸。這樣的第二實(shí)施方式可提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，較少的工藝源可便于產(chǎn)生這樣的結(jié)構(gòu)，因?yàn)楣鈱W(xué)無(wú)源組件和預(yù)限定結(jié)構(gòu)在縱向平面中具有實(shí)質(zhì)上相同的尺寸。
[0034]在橫向腔特征的可替換實(shí)施方式中，提供用于光學(xué)耦合光學(xué)有源材料與包括至少一個(gè)二維光子晶體腔的光學(xué)無(wú)源組件的第三耦合方案，在二維光子晶體腔中，周期性的孔形成在光子結(jié)構(gòu)的兩個(gè)面內(nèi)方向上。利用實(shí)施為二維光子晶體腔的橫向腔可實(shí)現(xiàn)甚至更好地控制兩個(gè)面內(nèi)方向上的模態(tài)體積和/或品質(zhì)因數(shù)，并且因此對(duì)應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)可延伸至本發(fā)明的實(shí)施例。在此方面，希望地，提供至少一個(gè)光子晶體波導(dǎo)，光子晶體波導(dǎo)構(gòu)造為將光學(xué)有源材料產(chǎn)生的光耦合到至少一個(gè)希望的位置，該特征可提供光學(xué)有源材料產(chǎn)生的光到所希望位置的改善的光學(xué)耦合，并且因此有助于改善本發(fā)明實(shí)施例的裝置性能。
[0035]關(guān)于包括一維光子腔或二維光子腔的本發(fā)明實(shí)施例，優(yōu)選地，周期性的孔實(shí)質(zhì)上具有相同的尺寸。該特征具有有關(guān)易于制造和/或?qū)嵤┑膬?yōu)點(diǎn)，并且因此給予本發(fā)明實(shí)施例以這樣的對(duì)應(yīng)優(yōu)點(diǎn)。
[0036]關(guān)于包括一維光子腔的本發(fā)明實(shí)施例，至少某些周期性的孔的孔尺寸希望地減縮，以在遠(yuǎn)離預(yù)限定結(jié)構(gòu)的方向上逐步增加到給定的尺寸。該特征可有助于腔模式的模式成形以及較高的品質(zhì)因數(shù)值。
[0037]在橫向腔特征的可替換實(shí)施方式中，提供于光學(xué)耦合光學(xué)有源材料與光學(xué)無(wú)源組件的第四耦合方案用，其中本發(fā)明的實(shí)施例還包括至少兩種材料的交替層的環(huán)形光柵(circular grating),該兩種材料之一的折射率低于該兩種材料中的另一個(gè),預(yù)限定結(jié)構(gòu)位于環(huán)形光柵中的缺陷內(nèi)。這樣的橫向腔設(shè)計(jì)可提供方位對(duì)稱，導(dǎo)致實(shí)質(zhì)上對(duì)于所有面內(nèi)k向量的帶隙。此外，這樣的腔設(shè)計(jì)可有助于實(shí)現(xiàn)較高的品質(zhì)因數(shù)值，例如，106。
[0038]還提供對(duì)應(yīng)的方法方面，并且因此根據(jù)本發(fā)明第二方面的實(shí)施例，提供制造在至少一個(gè)光學(xué)應(yīng)用中使用的半導(dǎo)體裝置的方法包括:提供至少一個(gè)實(shí)質(zhì)上以光學(xué)無(wú)源模式可操作的光學(xué)無(wú)源組件，以及提供至少一種光學(xué)有源材料，包括至少一種實(shí)質(zhì)上以光學(xué)有源模式可操作的材料，其中:光學(xué)無(wú)源組件圖案化為包括具有至少一個(gè)預(yù)限定結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)光子結(jié)構(gòu)，并且光學(xué)有源材料形成在預(yù)限定結(jié)構(gòu)中以至少在橫向平面中與光學(xué)無(wú)源組件實(shí)質(zhì)上自對(duì)準(zhǔn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039]現(xiàn)在將參考示例性的附圖，其中:
[0040]圖1示出了本發(fā)明的實(shí)施例的側(cè)視圖；
[0041]圖2A至2C示出了本發(fā)明的實(shí)施例的制造階段；
[0042]圖3A和3B示出了本發(fā)明的實(shí)施例中具有橫向腔特征的第一耦合方案；
[0043]圖4A至4E示出了本發(fā)明的實(shí)施例中具有橫向腔特征的第二耦合方案；
[0044]圖5示出了本發(fā)明的實(shí)施例中具有橫向腔特征的第三耦合方案；
[0045]圖6示出了本發(fā)明的實(shí)施例中具有橫向腔特征的第四耦合方案；以及
[0046]圖7A和7B示出了具有垂直腔特征的耦合方案。
【具體實(shí)施方式】
[0047]在說(shuō)明書(shū)內(nèi)，采用相同的附圖標(biāo)記或符號(hào)表示相同的部件等。
[0048]現(xiàn)在參見(jiàn)圖1，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一方面的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置1，其包括至少一個(gè)光學(xué)無(wú)源組件或裝置區(qū)域2，當(dāng)半導(dǎo)體裝置I處于使用中時(shí)，其是實(shí)質(zhì)上以光學(xué)無(wú)源模式可操作的，光學(xué)無(wú)源模式用于傳輸和/或耦合來(lái)自給定位置的光到所希望的位置，而不是用于產(chǎn)生、放大、探測(cè)和/或調(diào)制光。光學(xué)無(wú)源組件2圖案化為包括具有至少一個(gè)預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的至少一個(gè)光子結(jié)構(gòu)4。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，光學(xué)無(wú)源組件2包括至少一個(gè)光波導(dǎo)3和光學(xué)腔4’。光學(xué)腔4’可以是:通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例中的反射器和/或共振器實(shí)施，并且形成為光子結(jié)構(gòu)4的構(gòu)成特征。
[0049]還提供至少一種光學(xué)有源材料6，包括至少一種實(shí)質(zhì)上以光學(xué)有源模式可操作的材料。關(guān)于光學(xué)有源材料6，選擇為適合于光的產(chǎn)生、放大、探測(cè)和/或調(diào)制。光學(xué)有源是指光學(xué)有源材料6具有促進(jìn)光發(fā)射、光學(xué)增益和/或相對(duì)高的非線性的特性，使其適合用于制造調(diào)制器，或者具有相對(duì)高的吸收屬性使其適合用于制造探測(cè)器。光學(xué)有源材料6形成在預(yù)限定結(jié)構(gòu)5中，并且因此光學(xué)有源材料6至少在一橫向平面中與光學(xué)無(wú)源組件2(特別是其諸如光波導(dǎo)3的特征)光學(xué)耦合且實(shí)質(zhì)上自對(duì)準(zhǔn)。
[0050]在本發(fā)明的實(shí)施例中，預(yù)限定結(jié)構(gòu)5是光子結(jié)構(gòu)4中的光子腔。光子腔優(yōu)選為溝槽、孔或其組合。預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)特征(諸如其寬度、高度和/或形狀)可被選擇以因此有助于光學(xué)有源材料6相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件2的自對(duì)準(zhǔn)的所希望的調(diào)整。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的寬高比(B卩，預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的高度對(duì)其寬度/直徑的比)選擇為大于1，更優(yōu)選地，大于3。在本發(fā)明的實(shí)施例中，寬高比大體選擇為有助于缺陷的寬高比誘捕(aspect ratio trapping),缺陷由于光學(xué)有源材料6和光學(xué)無(wú)源組件2所用的各自的材料/材料系統(tǒng)之間的晶格失配引起。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的高度選擇為lOOOnm，并且其寬度/直徑選擇為250nm。本發(fā)明的實(shí)施例當(dāng)然不限于預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的寬高比、高度和/或?qū)挾瘸叽绲慕o定示例，實(shí)際上，可采用落入本發(fā)明范圍內(nèi)的任何其它的尺寸。
[0051]在本發(fā)明的實(shí)施例中，預(yù)限定結(jié)構(gòu)5設(shè)置在光學(xué)無(wú)源組件2的給定位置。關(guān)于光學(xué)有源材料6與光學(xué)無(wú)源組件2的自對(duì)準(zhǔn)和光學(xué)耦合，光學(xué)有源材料本地形成在設(shè)置在光子結(jié)構(gòu)4中的預(yù)限定結(jié)構(gòu)5中，而不是形成在光學(xué)無(wú)源組件2的整個(gè)表面上方。為此，預(yù)限定結(jié)構(gòu)5形成在光子結(jié)構(gòu)4中預(yù)期通過(guò)光學(xué)有源材料6集成激光器/光源的位置。
[0052]在本發(fā)明的實(shí)施例中，預(yù)限定結(jié)構(gòu)5可為包括絕緣材料或阻擋p-n結(jié)(blockingp-n junction)的孔隙。絕緣材料形成在預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的外壁上,并且可選自以下所列項(xiàng)目之一:娃、鍺、砷化鎵、鋪化鎵、氮化鎵、磷化銦、銦招砷化物、銦砷磷化物、銦鎵磷化物、磷化鎵、銦鎵砷化物、銦鎵砷磷化物、氧化鋁、五氧化鉭、二氧化鉿、二氧化鈦、二氧化硅、氮化硅和氧氮化硅。當(dāng)然，本發(fā)明的實(shí)施例不限于采用這樣的材料，而是任何其他合適的用于預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的阻擋p-n結(jié)材料或者絕緣材料均包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0053]關(guān)于在預(yù)限定結(jié)構(gòu)5中形成光學(xué)有源材料6，本發(fā)明的實(shí)施例中提出兩種方法。在一種方法中，進(jìn)行選擇性外延生長(zhǎng)，其中光學(xué)有源材料6實(shí)質(zhì)上選擇性地形成在預(yù)限定結(jié)構(gòu)5中。在另一方法中，進(jìn)行光學(xué)有源材料6的高度選擇性外延生長(zhǎng)，其中光學(xué)有源材料6相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件2的其中形成有預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的表面形成以至少超過(guò)預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的區(qū)域。因此，光學(xué)有源材料6相對(duì)于光學(xué)無(wú)源組件2形成以至少形成在預(yù)限定結(jié)構(gòu)5中及其周圍。去除多余的光學(xué)有源材料6，多余的光學(xué)有源材料6可以是在預(yù)限定結(jié)構(gòu)5周圍和/或在光學(xué)無(wú)源組件2上的任何光學(xué)有源材料6，使光學(xué)有源材料6提供在預(yù)限定結(jié)構(gòu)5中。多余的光學(xué)有源材料6的去除可通過(guò)濕化學(xué)蝕刻、化學(xué)機(jī)械拋光或用于該目的的任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行。
[0054]在本發(fā)明的實(shí)施例中，對(duì)于光學(xué)有源材料6，可采用寬泛的和多種的材料和/或材料系統(tǒng)，例如，II1-V材料系統(tǒng)、I1-VI材料系統(tǒng)、至少一種硅納米粒子、至少一種硅量子點(diǎn)、鍺及其包括砷化鎵、鋪化鎵、氮化鎵、磷化銦、銦招砷化物、銦砷磷化物、銦鎵磷化物、磷化鎵、銦鎵砷化物、銦鎵砷磷化物中的至少一種的異質(zhì)結(jié)構(gòu)、以及有機(jī)材料系統(tǒng)。關(guān)于有機(jī)材料系統(tǒng)，激光染料和/或其它相對(duì)高非線性聚合物包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在這方面，那些具有相對(duì)低的振蕩波長(zhǎng)和相對(duì)大的激子半徑的聚合物可顯示相對(duì)高的非線性，并且因此被認(rèn)為包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。對(duì)于光學(xué)有源材料6，諸如晶體硅的晶體材料、諸如多晶硅的多晶材料或者諸如非晶硅、非晶鈦酸鋇的肖_晶材料可用在本發(fā)明的實(shí)施例中。前述的材料/材料系統(tǒng)作為示例給出。本發(fā)明的實(shí)施例不限于使用它們，而是可落入本發(fā)明的光學(xué)有源材料6的范圍內(nèi)的任何其它材料/材料系統(tǒng)均被認(rèn)為是包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。通常，對(duì)于光學(xué)有源材料6，那些具有帶隙特性使得它們顯示相對(duì)高的非線性(S卩，相對(duì)高的光學(xué)增益和相對(duì)高的吸收)，適合于給定目標(biāo)波長(zhǎng)限定的給定應(yīng)用的材料/材料系統(tǒng)可用在本發(fā)明的實(shí)施例中。
[0055]再一次參見(jiàn)圖1，光學(xué)無(wú)源組件2可實(shí)施為包括提供在至少一個(gè)籽層7上的多層結(jié)構(gòu)3’、3”。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，多層結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在下方的絕緣體層3”上的至少一個(gè)最上方娃層3’，并且籽層7包括體娃。光學(xué)無(wú)源組件2的光波導(dǎo)組件3實(shí)質(zhì)上在多層結(jié)構(gòu)3’、3”的最上方硅層3’中圖案化。通過(guò)在預(yù)限定結(jié)構(gòu)5中形成光學(xué)有源材料6，光學(xué)有源材料6與光學(xué)無(wú)源組件2 (具體的，光波導(dǎo)3)實(shí)質(zhì)上橫向自對(duì)準(zhǔn)，如從圖1可清楚看到的。
[0056]在本發(fā)明的實(shí)施例中，光學(xué)有源材料6可選擇為具有實(shí)質(zhì)上與光學(xué)無(wú)源組件2(具體的，光波導(dǎo)3)的透射范圍(transmission range)匹配的發(fā)射波長(zhǎng)。作為示例，如果光波導(dǎo)3包括娃波導(dǎo),光學(xué)有源材料6可選擇為具有大于IlOOnm的透射范圍。在這方面，當(dāng)光學(xué)有源材料6為:覆蓋有GaAs的InAs量子點(diǎn)；(In，Ga) As、(In，Ga) (As，N)或(In，Ga)(As，N，Sb)、(In，Ga) (As N)量子阱；InGaAsP 量子阱；InAsP 量子阱；NAsP 或其它 II1-V 化合物材料時(shí)，可獲得這樣的波長(zhǎng)范圍。
[0057]現(xiàn)在參見(jiàn)圖2A至2C，其示出了根據(jù)本發(fā)明第一方面的實(shí)施例的制造階段。由圖2A可見(jiàn)，包括周期性的孔4’的光子結(jié)構(gòu)4形成在光學(xué)無(wú)源組件2中。周期性的孔4’可包括折射率低于光子結(jié)構(gòu)4所用材料的材料，例如，空氣。
[0058]光子結(jié)構(gòu)4還形成為包括預(yù)限定結(jié)構(gòu)5，在本示例中，其示出為直徑大于周期性的孔4’的孔5。在本示例中，光學(xué)無(wú)源組件2包括設(shè)置在籽層7上的多層結(jié)構(gòu)3’、3”，該多層結(jié)構(gòu)包括提供在下面的絕緣體/埋設(shè)氧化物層3”上的最上方硅層3’，籽層7為體硅，如前面參考圖1所描述。光子結(jié)構(gòu)4形成在多層結(jié)構(gòu)3’、3”中使得周期性的孔4’形成在最上方硅層3’中，給出至下面的絕緣體/埋設(shè)氧化物層3”的入口。然后如圖2B所示，在預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的位置執(zhí)行諸如蝕刻的光刻步驟以打開(kāi)絕緣體/埋設(shè)氧化物層3”且給出至籽層7的入口，這樣的選擇性蝕刻例如通過(guò)用光致抗蝕劑覆蓋除了光學(xué)無(wú)源組件2的預(yù)限定結(jié)構(gòu)5外的實(shí)質(zhì)上全部而實(shí)現(xiàn)。在這方面，對(duì)準(zhǔn)公差因不侵蝕硅3’、7而侵蝕絕緣體/埋設(shè)氧化物層3”的選擇性蝕刻工藝而相對(duì)非嚴(yán)格(non-stringent)。如圖2C所示,光學(xué)有源材料6，其在本示例中基于II1-V材料系統(tǒng)，選擇性地生長(zhǎng)在預(yù)限定結(jié)構(gòu)/氧化物孔隙5中?？蛇x擇地，且關(guān)于圖2C，光學(xué)有源材料6也可生長(zhǎng)在光學(xué)無(wú)源組件2的表面上其中形成有預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的更大區(qū)域上，然后采用光刻和如前面提到的非嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)公差從除了預(yù)限定結(jié)構(gòu)5之外的所有位置去除多余的光學(xué)有源材料6。
[0059]通常，且關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施例，光源可僅設(shè)置在光學(xué)有源材料6中且顯示出光學(xué)的或電學(xué)的泵浦發(fā)射(pumped emission)。盡管硅因其間接的帶隙而不顯示出足夠的光致發(fā)光效率，但是它提供相對(duì)低的傳播損耗和色散。此外，硅可采用確立的CMOS工藝制造，這使硅用作波導(dǎo)材料可易于集成且以有成本效益的方式制造因?yàn)橐岁P(guān)注。因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，光學(xué)有源材料6基于基于II1-V的材料系統(tǒng),并且光波導(dǎo)3通過(guò)娃波導(dǎo)實(shí)施。在這方面，光學(xué)有源材料6產(chǎn)生的光必須傳輸?shù)酵薏▽?dǎo)3,其以下面描述的不同稱合方案進(jìn)行。
[0060]現(xiàn)在參見(jiàn)圖3A和3B，其示出了本發(fā)明的實(shí)施例中具有橫向腔特征的第一耦合方案。如圖3A所示,娃波導(dǎo)3在縱向平面(longitudinal plane)中的截面小于預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的對(duì)應(yīng)截面，在本示例中其示出為孔狀。該特征有助于基于II1-V的光源6產(chǎn)生的光實(shí)質(zhì)上耦合到且更好地限制在硅波導(dǎo)3內(nèi)。在如圖3B所示的本發(fā)明實(shí)施例的變型中，漸縮區(qū)域8提供在硅波導(dǎo)3的較小截面和預(yù)限定結(jié)構(gòu)5之間。漸縮特征8可用于有利于匹配基于II1-V的光源和硅波導(dǎo)3的各自的模態(tài)尺寸，這絕熱地使光的模態(tài)尺寸逐漸變細(xì)。
[0061]現(xiàn)在參見(jiàn)圖4A至4E，其示出了具有橫向腔特征的第二耦合方案，用于光學(xué)耦合基于II1-V的光源6到硅波導(dǎo)3。第二耦合方案基于包括至少一個(gè)一維光子晶體腔10的光子結(jié)構(gòu)4，其中周期性的孔4’形成在光子結(jié)構(gòu)4的面內(nèi)方向上并且在光子結(jié)構(gòu)4的一區(qū)域中，在該區(qū)域中基于II1-V的光源6產(chǎn)生的光實(shí)質(zhì)上耦合到硅波導(dǎo)3。使用諸如硅和II1-V材料的相對(duì)高反射性的材料有助于通過(guò)折射率引導(dǎo)(index-guiding)的垂直和面內(nèi)限制。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二耦合方案不限于如圖4A至4E中任何一個(gè)所示的在硅波導(dǎo)3中形成一維光子腔10。實(shí)際上，周期性的孔/反射器4’部分地位于光源6所基于的II1-V材料系統(tǒng)中并且部分地位于波導(dǎo)3所基于的硅中的混合腔也被認(rèn)為包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0062]如清楚可見(jiàn)的，圖4A和對(duì)應(yīng)的圖4B有關(guān)于當(dāng)預(yù)限定結(jié)構(gòu)5實(shí)施為溝槽的情況，而圖4C和對(duì)應(yīng)的圖4D涉及預(yù)限定結(jié)構(gòu)5實(shí)施為孔的情況。在圖4A至4D中，可以看到，硅波導(dǎo)3實(shí)施為在縱向平面中具有小于預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的對(duì)應(yīng)尺寸的截面，并且硅波導(dǎo)3在其連接到預(yù)限定結(jié)構(gòu)5之處具有漸縮寬度8。在圖4A和4C中，周期性的孔4’實(shí)質(zhì)上具有相同的尺寸。有關(guān)于圖4A和4C所示的本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)包括:由于周期性的孔4’實(shí)質(zhì)上具有相同的尺寸因此易于實(shí)施，由于硅波導(dǎo)3與預(yù)限定結(jié)構(gòu)5相比具有較小的縱向平面中的截面因此光較好地限制在硅波導(dǎo)3中，以及通過(guò)硅波導(dǎo)3的漸縮區(qū)域8有助于匹配基于II1-V的光源6和一維光子晶體腔10的各自模式。相比于圖4A和4C，在圖4B和4D所示的本發(fā)明實(shí)施例中，周期性的孔4’實(shí)施為在遠(yuǎn)離預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的方向上逐漸增加到給定的尺寸，例如，其中在縱向平面中該給定尺寸可實(shí)質(zhì)上與硅波導(dǎo)3的寬度相容。除了前面參考圖4A和4C描述的優(yōu)點(diǎn)外,這樣的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)還在于逐漸變小的孔有助于腔模式的模式成形和較高的品質(zhì)因數(shù)值。
[0063]圖4E示出了一維光子晶體腔10的第二實(shí)施方式，其中在縱向平面中硅波導(dǎo)3的截面實(shí)質(zhì)上與預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的對(duì)應(yīng)截面具有相同的尺寸。這樣的第二實(shí)施方式可提供的優(yōu)點(diǎn)在于:由于硅波導(dǎo)3和預(yù)限定結(jié)構(gòu)5具有實(shí)質(zhì)上相同的縱向平面中的尺寸因此較少的工藝源可便于產(chǎn)生這樣的結(jié)構(gòu)。因?yàn)楣庾咏Y(jié)構(gòu)4的周期性的孔4’實(shí)施為在遠(yuǎn)離預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的方向上逐步增加到給定的尺寸，所以如圖4E所示的本發(fā)明實(shí)施例可提供的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)在于腔模式的模式成形和較高的品質(zhì)因數(shù)值。
[0064]在橫向腔特征的可替換實(shí)施方式中，如圖5所示，提供用于光學(xué)耦合基于II1-V的光源6與娃波導(dǎo)3的第三稱合方案,其中光子結(jié)構(gòu)4包括二維光子晶體腔20,其中實(shí)質(zhì)上相同尺寸的周期性的孔4’形成在光子結(jié)構(gòu)4的兩個(gè)面內(nèi)方向上。在此方面，在二維光子晶體腔20內(nèi)，由形成在預(yù)限定結(jié)構(gòu)5中的II1-V材料，對(duì)應(yīng)于基于II1-V的光源6實(shí)施的位置，形成缺陷。基于II1-V的光源6產(chǎn)生的光限制在缺陷內(nèi)；光通過(guò)光子晶體波導(dǎo)21耦合到希望的位置。
[0065]在如圖6所不的橫向腔特征的可替換實(shí)施方式中，提供用于光學(xué)稱合基于II1-V的光源6與娃波導(dǎo)3的第四I禹合方案。如第四I禹合方案的一個(gè)不例所不，娃波導(dǎo)3包括至少兩種材料的交替層30’、30”的至少一個(gè)環(huán)形光柵30，該材料之一的折射率低于該兩種材料中的另一者，預(yù)限定結(jié)構(gòu)5設(shè)置在環(huán)形光柵30中的缺陷內(nèi)。在如圖6所示的本發(fā)明實(shí)施例中，腔反射鏡(cavity mirror) 30’、30”可采用包括缺陷的II1-V材料而全部形成在娃/波導(dǎo)材料3中。腔反射鏡30’、30”可采用電介質(zhì)和/或非II1-V材料系統(tǒng)(例如二氧化硅)的交替層形成。娃的環(huán)境折射率(surrounding refractive index)為約3.48,而缺陷優(yōu)選具有較低的折射率，最優(yōu)選低于3.4。此外，硅波導(dǎo)3包括可有助于匹配各自的腔模式和波導(dǎo)模式的漸縮區(qū)域8。
[0066]現(xiàn)在參見(jiàn)圖7A和7B，其示出的用于光學(xué)耦合基于II1-V的光源6到基于垂直腔特征40的硅波導(dǎo)3的耦合方案。在本發(fā)明的實(shí)施例中，垂直腔特征40通過(guò)垂直腔發(fā)光結(jié)構(gòu)(諸如垂直腔表面發(fā)射激光器)實(shí)施。垂直腔表面發(fā)射激光器40通過(guò)II1-V材料的交替層40’、40”實(shí)施,其形成電介質(zhì)的布拉格反射器/反射鏡41。堆疊的多層40’、40”具有交替的折射率，并且典型它們帶隙也不同，因此有助于布拉格反射器41具有接近于統(tǒng)一反射(unity reflection)。這有助于本發(fā)明實(shí)施例要制造的相對(duì)低的低閾值、高功率的垂直發(fā)射激光器和/或發(fā)光二極管。
[0067]圖7A示出了本發(fā)明的實(shí)施例，其中垂直腔表面發(fā)射激光器40的發(fā)射區(qū)域42為使它產(chǎn)生的光實(shí)質(zhì)上耦合在相對(duì)于硅波導(dǎo)3的表面的垂直平面中。在此方面結(jié)合圖1參看圖7A，垂直腔表面發(fā)射激光器40形成在光學(xué)無(wú)源組件2的多層結(jié)構(gòu)3’、3”的最上方硅層3’上。
[0068]圖7B示出了本發(fā)明的實(shí)施例，其中垂直腔表面發(fā)射激光器的至少一個(gè)發(fā)射區(qū)域42為使其產(chǎn)生的光實(shí)質(zhì)上橫向地耦合在硅波導(dǎo)3的面內(nèi)方向上。在此方面，結(jié)合圖1參看圖7B，垂直腔表面發(fā)射激光器40形成在籽層/體硅層7上。與圖7B所示的本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)在于有助于頂和底反射鏡41’。相反，在如圖7A所示的本發(fā)明實(shí)施例中僅有助于頂部面鏡41’。
[0069]圖7A和7B所示的各垂直腔的設(shè)計(jì)可單獨(dú)實(shí)施或者結(jié)合此前參考圖3至6描述的橫向腔特征中的任何一個(gè)實(shí)施。此外，圖7A和7B中的反射鏡/反射器可通過(guò)高對(duì)比度光柵而不是電介質(zhì)的布拉格反射鏡實(shí)施，這可有助于要促進(jìn)的更緊湊的結(jié)構(gòu)。πι-v材料/光學(xué)有源材料6的生長(zhǎng)位置由預(yù)限定結(jié)構(gòu)5的位置決定，這分別在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積和分子束外延生長(zhǎng)期間限定氣體和分子前驅(qū)體的接入點(diǎn)(access point)。
[0070]關(guān)于光學(xué)稱合基于II1-V的光源6到娃波導(dǎo)3,具有II1-V/娃混合共振器和/或三維腔的混合結(jié)構(gòu)可預(yù)期在本發(fā)明實(shí)施例的范圍內(nèi)。
[0071]本發(fā)明已經(jīng)僅通過(guò)示例進(jìn)行了描述，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)可進(jìn)行細(xì)節(jié)的變型。
[0072]說(shuō)明書(shū)以及權(quán)利要求和附圖中公開(kāi)的每個(gè)特征在適當(dāng)?shù)那闆r下可獨(dú)立提供或者以任何適當(dāng)?shù)慕M合提供。
【權(quán)利要求】
1.一種至少在光學(xué)應(yīng)用中使用的半導(dǎo)體裝置(1)，包括:以光學(xué)無(wú)源模式實(shí)質(zhì)上可操作的至少一個(gè)光學(xué)無(wú)源組件(2)，以及至少一種光學(xué)有源材料(6)，該光學(xué)有源材料(6)包括至少一種以光學(xué)有源模式實(shí)質(zhì)上可操作的材料，其中:該光學(xué)無(wú)源組件(2)圖案化為包括具有至少一個(gè)預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)的至少一個(gè)光子結(jié)構(gòu)(4)，并且該光學(xué)有源材料(6)形成在該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)中，以實(shí)質(zhì)上在至少一個(gè)橫向平面中與該光學(xué)無(wú)源組件(2)自對(duì)準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該光學(xué)有源材料(6)實(shí)質(zhì)上選擇性地形成在該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)中。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該光學(xué)有源材料(6)相對(duì)于該光學(xué)無(wú)源組件(2)形成為超過(guò)該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)的至少一個(gè)區(qū)域。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中去除多余的光學(xué)有源材料(6)使該光學(xué)有源材料(6)至少提供在該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)中。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該多余的光學(xué)有源材料(6)通過(guò)濕化學(xué)蝕刻或化學(xué)機(jī)械拋光去除。
6.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)特征被選擇由此有助于該光學(xué)有源材料(6)相對(duì)于該光學(xué)無(wú)源組件(2)實(shí)質(zhì)上自對(duì)準(zhǔn)。
7.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)是溝槽、孔或其組合。
8.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)提供在該光學(xué)無(wú)源組件(2)的給定位 置。
9.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該光學(xué)有源材料(6)可操作為執(zhí)行光的產(chǎn)生、放大、探測(cè)、調(diào)制或其組合。
10.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該光學(xué)有源材料(6)包括以下所列項(xiàng)目中的至少一種:II1-V材料系統(tǒng)、I1-VI材料系統(tǒng)，至少一種硅納米粒子、至少一種娃量子點(diǎn)、鍺及其包括砷化鎵、鋪化鎵、氮化鎵、磷化銦、銦招砷化物、銦砷磷化物、銦鎵磷化物、磷化鎵、銦鎵砷化物、銦鎵砷磷化物中至少一種的異質(zhì)結(jié)、以及有機(jī)材料系統(tǒng)。
11.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該光學(xué)有源材料(6)包括晶體、多晶或非晶材料。
12.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該光學(xué)無(wú)源組件(2)包括設(shè)置在至少一個(gè)籽層(7)上的多層結(jié)構(gòu)(3’、3”)。
13.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該光學(xué)無(wú)源組件(2)包括以下所列項(xiàng)目中的至少一種:硅、II1-V化合物半導(dǎo)體、鍺、砷化鎵、銻化鎵、氮化鎵、磷化銦、銦鋁砷化物、銦砷磷化物、銦鎵磷化物、磷化鎵、銦鎵砷化物、銦鎵砷磷化物、氧化鋁、五氧化鉭、二氧化鉿、二氧化鈦、二氧化硅、氮化硅和氧氮化硅。
14.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該光學(xué)無(wú)源組件(2)包括至少一個(gè)光波導(dǎo)(3)和光學(xué)腔(4’)。
15.如權(quán)利要求1至14任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置(I)，包括至少一個(gè)垂直腔表面發(fā)射激光器(40)，該垂直腔表面發(fā)射激光器(40)通過(guò)該光學(xué)有源材料(6)的交替層(40’、40”)實(shí)施。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該垂直腔表面發(fā)射激光器(40)的至少一個(gè)發(fā)射區(qū)域(42 )相對(duì)于該光學(xué)無(wú)源組件(2 )設(shè)置，使得該垂直腔表面發(fā)射激光器(40 )產(chǎn)生的光實(shí)質(zhì)上耦合在以下所列項(xiàng)目中的至少之一中:相對(duì)于該光學(xué)無(wú)源組件(2)的表面的垂直平面以及橫向在該光學(xué)無(wú)源組件(2)的面內(nèi)方向上。
17.如權(quán)利要求1至16任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該光學(xué)無(wú)源組件(2)在縱向平面中的至少一個(gè)截面小于該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)的對(duì)應(yīng)的截面，由此有助于該光學(xué)有源材料(6)產(chǎn)生的光實(shí)質(zhì)上耦合到該光學(xué)無(wú)源組件(2)。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置(I)，其中該光學(xué)無(wú)源組件(2)包括在其較小截面和該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)之間的漸縮區(qū)域(8)。
19.如權(quán)利要求1至16任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該光學(xué)無(wú)源組件(2)在縱向平面中的截面與該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)的對(duì)應(yīng)截面實(shí)質(zhì)上具有相同的尺寸。
20.如權(quán)利要求1至18任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中該光學(xué)無(wú)源組件(2)包括線波導(dǎo)(3)。
21.如權(quán)利要求18或19所述的半導(dǎo)體裝置(1)，包括至少一個(gè)一維光子晶體腔(10)，其中周期性的孔(4’)形成在該光子結(jié)構(gòu)(4)的面內(nèi)方向上并且在該光學(xué)有源材料(6)產(chǎn)生的光實(shí)質(zhì)上耦合到該光學(xué)無(wú)源組件(2)的區(qū)域中。
22.如權(quán)利要求1至16任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置(I)，包括至少一個(gè)二維光子晶體腔(20)，其中周期性的孔(4’)形成在該光子結(jié)構(gòu)(4)的兩個(gè)面內(nèi)方向上。
23.如權(quán)利要求22 所述的半導(dǎo)體裝置(I)，包括至少一個(gè)光子晶體波導(dǎo)(21 )，該至少一個(gè)光子晶體波導(dǎo)(21)被構(gòu)造為將該光學(xué)有源材料(6)產(chǎn)生的光耦合到至少一個(gè)希望的位置。
24.如權(quán)利要求21、22或23所述的半導(dǎo)體裝置(I)，其中該周期性的孔(4’ )實(shí)質(zhì)上具有相同的尺寸。
25.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體裝置(1)，其中至少一部分的該周期性的孔(4’)的孔尺寸是漸縮的，以在遠(yuǎn)離該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)的方向上逐漸增加到給定的尺寸。
26.如權(quán)利要求1至16任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置(I)，還包括至少兩種材料的交替層(30’、30”)的環(huán)形光柵(30)，該兩種材料之一的折射率低于該兩種材料中的另一者，該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)位于該環(huán)形光柵(30)的缺陷內(nèi)。
27.一種用于制造至少在光學(xué)應(yīng)用中使用的半導(dǎo)體裝置(I)的方法，包括:提供至少一個(gè)實(shí)質(zhì)上以光學(xué)無(wú)源模式可操作的光學(xué)無(wú)源組件(2)，并且提供至少一種光學(xué)有源材料(6)，該至少一種光學(xué)有源材料(6)包括實(shí)質(zhì)上以光學(xué)有源模式可操作的至少一種材料，其中:該光學(xué)無(wú)源組件(2)圖案化為包括具有至少一個(gè)預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)的至少一個(gè)光子結(jié)構(gòu)(4)，并且該光學(xué)有源材料(6)形成在該預(yù)限定結(jié)構(gòu)(5)中，以在至少一個(gè)橫向平面中與該光學(xué)無(wú)源組件(2)實(shí)質(zhì)上自對(duì)準(zhǔn)。
【文檔編號(hào)】H01S5/10GK103794985SQ201310529426
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月31日
【發(fā)明者】J.霍夫里克特, M.里克特, L.喬諾馬茲, H.E.里爾 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司