光發(fā)射器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光發(fā)射器。
【背景技術(shù)】
[0002]光線于一光集成電路內(nèi)傳導(dǎo)，且此光線經(jīng)由在此光集成電路上的一光柵達(dá)成一行進(jìn)角度變換而耦合至一外部媒介。此光集成電路因此可免除傳統(tǒng)的芯片切割及拋光而在晶圓(圓片)上做測(cè)試，因而降低其封裝或測(cè)試的成本。
[0003]此外，傳統(tǒng)光發(fā)射器(如激光二極管)的高速調(diào)變方式大多是使用外部調(diào)變器，所以對(duì)于封裝及調(diào)變速度而言，仍有改進(jìn)之處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可提升調(diào)變速度的光發(fā)射器。
[0005]為達(dá)成本發(fā)明上述目的，本發(fā)明提供一種光發(fā)射器，包含:一干涉區(qū)，形成于一第一反射區(qū)及一第二反射區(qū)之間且沿著一第一方向延伸；一第一電極及一第二電極電性耦合至該干涉區(qū)且在施加電場(chǎng)之后可將載子注入干涉區(qū)，以使干涉區(qū)產(chǎn)生光線；一第三電極電性耦合至該干涉區(qū)，經(jīng)由在該第一及第三電極間、或在第二及第三電極間、或上述組合施加電場(chǎng)，即可調(diào)變?cè)诟缮鎱^(qū)結(jié)合的載子量；其中在該干涉區(qū)產(chǎn)生的光線沿著該第一方向共振且由一第二方向射出該干涉區(qū)，該第二方向不同于該第一方向。
[0006]在本發(fā)明光發(fā)射器的部分實(shí)施例中，更包含:一光柵區(qū)耦合至該干涉區(qū)且可將光線由該第二方向?qū)щx該干涉區(qū)。
[0007]在本發(fā)明光發(fā)射器的部分實(shí)施例中，該第二方向大致垂直該第一方向。
[0008]在本發(fā)明光發(fā)射器的部分實(shí)施例中，該干涉區(qū)包含至少兩種不同三五族半導(dǎo)體材料，且該第一電極與該第三電極是實(shí)體接觸該干涉區(qū)的不同材料。
[0009]在本發(fā)明光發(fā)射器的部分實(shí)施例中，更包含一介電層形成于該第三電極及該干涉區(qū)之間，該第三電極是經(jīng)由一電容效應(yīng)以調(diào)變?cè)谠摳缮鎱^(qū)結(jié)合的載子量。
[0010]在本發(fā)明光發(fā)射器的部分實(shí)施例中，該第一反射區(qū)或該第二反射區(qū)包含一全反射角鏡面，一分布式布拉格反射鏡(DBR)，一色散鏡面，一波導(dǎo)回圈反射鏡，或一金屬鏡面。
[0011 ] 在本發(fā)明光發(fā)射器的部分實(shí)施例中，該第一電極、該第二電極或該第三電極包含一導(dǎo)電層及一半導(dǎo)體摻雜區(qū)。
[0012]在本發(fā)明光發(fā)射器的部分實(shí)施例中，該第三電極是依序施加至少兩種不同電壓位準(zhǔn)。
[0013]在本發(fā)明光發(fā)射器的部分實(shí)施例中，該光柵區(qū)的光柵周期大致匹配該干涉區(qū)內(nèi)光線的一干涉周期。
[0014]在本發(fā)明光發(fā)射器的部分實(shí)施例中，該光柵具有光柵谷或是光柵峰，且該光柵的晶格向量可使該干涉區(qū)的同相位反節(jié)點(diǎn)的位置和光柵谷及/或光柵峰的位置大致上匹配。
[0015]在本發(fā)明光發(fā)射器的部分實(shí)施例中，該干涉區(qū)的等效折射率是低于該光柵區(qū)的等效折射率。
[0016]在本發(fā)明光發(fā)射器的部分實(shí)施例中，該第三電極與該干涉區(qū)的一部分接觸，且該接觸部分不與光柵區(qū)重疊。
[0017]在本發(fā)明光發(fā)射器的部分實(shí)施例中，其中由該光柵區(qū)所發(fā)射的光可至少穿透過部分的第三電極。
[0018]為達(dá)成本發(fā)明上述目的，本發(fā)明提供一種形成光發(fā)射器的方法，包含:形成一干涉區(qū)及一光源區(qū)，其中該光源區(qū)至少一部分崁入該干涉區(qū)；在該干涉區(qū)的兩相對(duì)端形成一第一反射區(qū)及一第二反射區(qū)，其中該第一反射區(qū)及一第二反射區(qū)大致位于相同的平面表面；
[0019]形成至少三個(gè)電極，電性耦合至該干涉區(qū)，藉由改變?cè)撊齻€(gè)電極之間的相對(duì)電場(chǎng)，可控制在該干涉區(qū)內(nèi)的載子量；其中由載子結(jié)合產(chǎn)生的光線在該干涉區(qū)內(nèi)沿著一第一方向共振，且由一第二方向出射，其中該第二方向不同于該第一方向。
[0020]在本發(fā)明光發(fā)射器形成方法的部分實(shí)施例中，更包含在該干涉區(qū)形成一光柵區(qū)，該光柵區(qū)在該第一反射區(qū)及該第二反射區(qū)之間。
[0021]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
【附圖說明】
[0022]圖1A為本發(fā)明一實(shí)施例的光集成電路示意圖；
[0023]圖1B, 1C, ID顯示光耦合器示意圖；
[0024]圖2顯示干涉波型示意圖；
[0025]圖3A-3E顯示光柵圖案示意圖；
[0026]圖4A-4F顯不和一光源結(jié)合的光親合器不意圖；
[0027]圖5A-5K顯示依據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6A-6G顯不依據(jù)本發(fā)明的具有上側(cè)調(diào)變機(jī)制光發(fā)射器不意圖；
[0029]圖7A-7C顯示依據(jù)本發(fā)明的具有背側(cè)調(diào)變機(jī)制光發(fā)射器示意圖；
[0030]圖8A-8C顯不和一光檢測(cè)器結(jié)合的光親合器不意圖；
[0031]圖9顯示和pn接面結(jié)合的光耦合器示意圖；
[0032]圖10A-10B顯示具有多個(gè)輸出端口的光耦合器示意圖；
[0033]圖11顯示用于封裝的光耦合器示意圖；
[0034]圖12A-12E顯示反射區(qū)的范例；
[0035]圖13顯不一光親合器的流程不意圖；
[0036]圖14顯不制作一光親合器的流程不意圖；
[0037]圖15顯示制作一光發(fā)射器的流程示意圖。
[0038]在本發(fā)明附圖中，類似的圖號(hào)代表類似的元件，再者，本發(fā)明說明書所述各實(shí)施例僅為說明用，而非為限定本案保護(hù)范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述:
[0040]圖1A為本發(fā)明一實(shí)施例的光集成電路不意圖，其包含一以光柵為基礎(chǔ)的光親合器，以使光線可耦合進(jìn)出此光集成電路100。具有大致上垂直出射的光耦合器可有利于做表面射出/接收光電元件的界面，且可減少因?yàn)榉谴怪奔軜?gòu)的封裝成本及復(fù)雜度。
[0041]此光集成電路100包含一或多個(gè)制作于一基板(substrate) 116上的光學(xué)元件。該些光學(xué)元件包含一波導(dǎo)區(qū)102，一第一反射區(qū)106、一干涉區(qū)110、一第二反射區(qū)114及一光柵區(qū)120。此基板116可為任何適于制作光集成電路的基板。例如，此基板116可為硅晶圓、絕緣層覆硅(SOI)晶圓、如砷化鎵(GaAs)或是磷化銦(InP)的類的II1-V晶圓或是玻璃晶圓。再者，此基板116也可為在集成電路上所覆蓋的一層主動(dòng)或是被動(dòng)材料。例如，此基板可為在另一光集成電路上所覆蓋的一層主動(dòng)或是被動(dòng)材料。
[0042]此波導(dǎo)區(qū)102的架構(gòu)可使光線局限于一或多個(gè)維度，以導(dǎo)引光線行進(jìn)于一特定方向。依據(jù)一些實(shí)施方式，此波導(dǎo)區(qū)102可局限光線于一個(gè)維度。例如此波導(dǎo)102可為將光線局限于z方向的平板波導(dǎo)(slab waveguide)。依據(jù)一些實(shí)施方式，此波導(dǎo)區(qū)102可局限光線于兩個(gè)維度。例如此波導(dǎo)區(qū)102可為脊形波導(dǎo)(rib waveguide)或是通道波導(dǎo)(可將光線局限于y及z方向)，以使光線可沿著X方向(如箭頭122所示)行進(jìn)。所謂“沿著X方向“可指雙向(±χ方向)或是單向(+X或是-X方向)。再者，若光線在一多模光纖內(nèi)沿著X方向行進(jìn)，雖然部分光線是在光纖內(nèi)沿著鋸齒方向行進(jìn)，但是光線的總體方向仍可視作沿著X方向。
[0043]大體而言，第一反射區(qū)106及第二反射區(qū)114是用以反射入射光。例如在波導(dǎo)區(qū)102的光線入射到一界面104，部分光線反射回波導(dǎo)區(qū)102，而部分光線會(huì)射入此第一反射區(qū)106。類似地，在第一反射區(qū)106的光線入射到一界面108，部分光線反射回第一反射區(qū)106，而部分光線會(huì)射入干涉區(qū)110。類似地，在干涉區(qū)110的光線入射到一界面112，部分光線反射回干涉區(qū)110，而部分光線會(huì)射入一第二反射區(qū)114。依據(jù)一些實(shí)施方式，一反射區(qū)(亦可稱為反射器)可為兩個(gè)具有不同折射率介質(zhì)之間的界面。
[0044]依據(jù)不同設(shè)計(jì)，被反射器所反射的光線比例可由O到百分之百。依據(jù)一些實(shí)施方式，此第一反射區(qū)106及第二反射區(qū)114可為高反射性；例如此第二反射區(qū)114鍍上如鋁之類的金屬以達(dá)成高反射率。依據(jù)另一實(shí)例，光線可以超出臨界角方式入射到第二反射區(qū)114，以使光線以全反射方式反射。依據(jù)另一實(shí)例，此第二反射區(qū)114可為布拉格(Bragg)反射器以在一特定波長范圍提供高反射率。依據(jù)另一實(shí)例，此第一反射區(qū)106可包含一或多個(gè)使波導(dǎo)區(qū)102及干涉區(qū)110分開的縫隙。依據(jù)另一實(shí)例，此第一反射區(qū)106可為分布式布拉格反射鏡(Distributed Bragg reflector/DBR)結(jié)構(gòu)。依據(jù)另一實(shí)例，此第一反射區(qū)106可為異常色散(anomalous dispersive mirror)鏡面，此鏡面沿著x方向有多個(gè)高/低折射率層狀結(jié)構(gòu)，以補(bǔ)償干涉區(qū)的波長相關(guān)光相位及達(dá)成較寬的操作頻寬。
[0045]依據(jù)一些實(shí)例，此第一反射區(qū)106及第二反射區(qū)114可為部分透射及部分反射；例如此第一反射區(qū)106的架構(gòu)可達(dá)成:(i)將一部分入射光反射；及(ii)將另一部分的入射光透射。部分反射(partially reflective)的反射器可藉由在對(duì)應(yīng)的反射區(qū)上沉積介電材料(此介電材料的折射率小于波導(dǎo)區(qū)102材質(zhì)的折射率)而實(shí)現(xiàn)。依據(jù)Fresnel方程序即可計(jì)算反射及透射光的百分比。
[0046]大體而言，干涉區(qū)110是作為在波導(dǎo)區(qū)102及第二反射區(qū)114之間形成且具有腔體長度LCavity的腔體。依據(jù)一些實(shí)例，第一反射區(qū)106可形成于波導(dǎo)區(qū)102及干涉區(qū)110之間，其中腔體長度LCavity即為第一反射區(qū)106及第二反射區(qū)114之間長度。依據(jù)一些實(shí)例，此波導(dǎo)區(qū)102的等效折射率(effective refractive index)可與干涉區(qū)110的等效折射率大致上相同。例如波導(dǎo)區(qū)102及干涉區(qū)110可制作于硅中且具有在y-z截面相同的波導(dǎo)尺寸。在此情況下，此波導(dǎo)區(qū)102的等效折射率就與干涉區(qū)110的等效折射率相同。依據(jù)另一實(shí)例，例如波導(dǎo)區(qū)102及干涉區(qū)110可制作于硅中且具有在y-z截面不同的波導(dǎo)尺寸。在此情況下，此波導(dǎo)區(qū)102的等效折射率就與干涉區(qū)110的等效折射率不盡相同，然而只要折射率差異所造成的效能劣化(如光損失)是在目標(biāo)用途所能接受的容許范圍內(nèi)，此波導(dǎo)區(qū)102的等效折射率仍可視為與干涉區(qū)110的等效折射率大致上相同(substantiallyequal)。
[0047]此干涉區(qū)110是用以結(jié)合由入射光及反射入射光所合成的一干涉光。例如在干涉區(qū)110中可有于第一反射區(qū)106及第二反射區(qū)114之間的駐波。為了在干涉區(qū)110形成干涉波，需選擇腔體長度LCavity及光柵區(qū)120參數(shù)，以使入射光可到達(dá)第二反射區(qū)114及被第二反射區(qū)114所反射，而不會(huì)在由第一反射區(qū)106到第二反射區(qū)114的第一次傳遞(firstpass)即完全衰減。在一些實(shí)施方式，可采用部分局限，亦即干涉光部分會(huì)穿過第一反射區(qū)106而回到波導(dǎo)區(qū)102，且/或是一部分的干涉光會(huì)穿過第二反射區(qū)114。對(duì)于由入射光及反射入射光所合成的干涉光的敘述，將配合圖2而更詳細(xì)說明。
[0048]在一些實(shí)施方式，干涉區(qū)110的光學(xué)路徑長度可大于導(dǎo)光波長；在另一些實(shí)施方式，干涉區(qū)110的光學(xué)路徑長度可小于導(dǎo)光波長。例如對(duì)于由硅制作(折射率3.45)且長度為0.4μπι的干涉區(qū)110，此干涉區(qū)的光學(xué)路徑長度則為0.4 μmX3.45 = 1.38 μπι。若導(dǎo)光波長為1.55 μ m，則干涉區(qū)的光學(xué)路徑長度小于導(dǎo)光波長。在此狀況下，具有波長1.55 μ m的光線可藉由在干涉區(qū)110局限光(部分局限)的衰減光場(chǎng)(evanescent field)而親合到光柵區(qū)120。
[0049]一般而言，具有光柵長度LeratilJ^光柵區(qū)120是用以將光集成電路100的至少部分光耦合到外部媒介130，或是將外部媒介130的至少部分光耦合到光集成電路100。在某些實(shí)施方式中，光柵長度小于腔體長度Leavity。在某些實(shí)施方式中，光柵長度Ltoating可等于腔體長度Ltoity。在某些實(shí)施方式中，光柵長度1^_可大于腔體長度L&vity。例如，此光柵區(qū)120可制作于干涉區(qū)110之上，但光柵區(qū)120的一部分延伸到波導(dǎo)區(qū)102，及/或延伸到第一反射區(qū)106，及/或延伸到第二反射區(qū)114。在本發(fā)明說明書中，若敘述光柵是在一區(qū)域上形成或是制作，則表示此光柵是形成于此區(qū)域之上，或是此光柵至少部分崁入此區(qū)域中。例如，此光柵可以藉由蝕刻其所覆蓋的區(qū)域而形成。
[0050]在一些實(shí)施方式中，此干涉區(qū)110及此光柵區(qū)120可有相同的材料成份。例如此光柵區(qū)120可由在干涉區(qū)110的表面直接蝕刻出光柵圖案而形成。在一些實(shí)施方式中，此干涉區(qū)110及此光柵區(qū)120可有不同的材料成份。例如，此光柵區(qū)120可由在硅干涉區(qū)110上沉積二氧化硅，隨即在二氧化硅表面上蝕刻出光柵圖案而制作氧化物光柵。依據(jù)另一實(shí)例，可在干涉區(qū)110表面沉積金屬并隨后進(jìn)行蝕刻以形成金屬光柵，藉此制作光柵區(qū)120。依據(jù)另一實(shí)例，可在具有較低折射率的干涉區(qū)110表面上沉積高折射率材料以使光場(chǎng)可被吸引至光柵側(cè)，藉此制作光柵區(qū)120。此低折射率材料可為磷化銦，而高折射率材料可為硅。
[0051]一般而言，光柵區(qū)120可將光線由一第一方