專(zhuān)利名稱(chēng)：用于集成光子器件的監(jiān)控光檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)一般涉及光子器件，尤其涉及改進(jìn)包括監(jiān)控光檢測(cè)器的單片集成光 子器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
許多光學(xué)系統(tǒng)(比如那些包括或利用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)的光學(xué)系統(tǒng))都 要求使用單個(gè)光纖以多個(gè)波長(zhǎng)發(fā)送并接收信息。在過(guò)去，這種能力很難實(shí)現(xiàn)， 特別是很難以成本合適的方式實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槎鄠€(gè)全要接入單個(gè)光纖的分立光子器 件的組合呈現(xiàn)出一些制造方面的問(wèn)題，使得這種裝置太昂貴。PON系統(tǒng)的市場(chǎng) 對(duì)價(jià)格極為敏感，其結(jié)果是，這種網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)的高度期望且范圍較廣的功能 目前在經(jīng)濟(jì)方面尚不可行。在其它光學(xué)系統(tǒng)(比如高分辨率DVD的光學(xué)系統(tǒng)) 中使用多個(gè)光子器件時(shí)也遇到了相似的困難，因?yàn)榧词乖谶@種應(yīng)用中，通過(guò)使 用分立的光子器件，也不容易獲得所要求的高水平功能。
因?yàn)橄窦す馄鬟@樣的光子器件往往隨環(huán)境條件的變化而改變其特征，所以 期望監(jiān)控其工作狀況，但是當(dāng)使用分立的器件時(shí)，尤其當(dāng)這些器件極小時(shí)，這 種監(jiān)控不太容易實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，固態(tài)光接收和光發(fā)射光子器件以單片方式集成到 一個(gè)公共的基片上從而在單個(gè)芯片的表面上提供多種光學(xué)功能。通過(guò)多層外 延，來(lái)優(yōu)化這些器件的集成從而提供雙向光子操作，其中在單個(gè)芯片上分開(kāi)的
臺(tái)面結(jié)構(gòu)上可以制造激光器和檢測(cè)器從而使激光器和檢測(cè)器高效耦合到單個(gè) 光纖。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，以這樣一種方式在單個(gè)芯片上制造多個(gè)光發(fā) 射器和多個(gè)光檢測(cè)器，從而允許多個(gè)發(fā)射器和多個(gè)檢測(cè)器耦合到單個(gè)光纖。這
些發(fā)射器可以是在芯片的表面上制造的表面發(fā)射器件，比如2004年10月5曰 提交的美國(guó)申請(qǐng)10/958,069中或2004年10月14日提交的申請(qǐng)10/963,739中 所描述的那些，這些申請(qǐng)引用在此作為參考；或者這些發(fā)射器可以是在芯片上 制造的邊緣發(fā)射激光器，比如美國(guó)專(zhuān)利4,851,368中或1992年5月的IEEE Journal of Quantum Electronics的巻28第1227-1231頁(yè)所描述的那些，其全部激 光輸出都耦合到共同的光纖中。這些檢測(cè)器也被制造在同一個(gè)芯片上，并且可 以是耦合到同一個(gè)光纖以便接收來(lái)自該光纖的光信號(hào)的表面或邊緣接收器件。 在本發(fā)明的較佳形式中，每一個(gè)激光器都以不同的波長(zhǎng)來(lái)發(fā)光，每一個(gè)檢測(cè)器 接收不同波長(zhǎng)的光，這些波長(zhǎng)與所發(fā)射的光的波長(zhǎng)不同。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，固態(tài)光發(fā)射和接收光子器件(比如激光器和光 檢測(cè)器)以單片方式集成到一個(gè)公共的基片上，就像上文所描述的那樣，并且 還包括至少一個(gè)監(jiān)控檢測(cè)器，該監(jiān)控檢測(cè)器定位成用于接收來(lái)自基片上相應(yīng)的 光發(fā)射器的光。監(jiān)控檢測(cè)器可以整體地制造于基片上，并且可以與發(fā)射器軸向 對(duì)齊，或者在本發(fā)明的較佳形式中可以是一種表面接收檢測(cè)器，它具有合適的 偏轉(zhuǎn)器從而將來(lái)自發(fā)射器的光引導(dǎo)至檢測(cè)器。
簡(jiǎn)要地講，在其較佳的形式中，本發(fā)明包括 一個(gè)或多個(gè)光子器件，這包 括激光發(fā)射器和光檢測(cè)器；以及一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的半導(dǎo)體監(jiān)控檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，它 們都被制造在單個(gè)芯片上。光子器件被制造在基片上疊加的層中外延沉積的半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之中，并且包括至少一個(gè)外延沉積的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，發(fā)射器結(jié)構(gòu)就被外 延沉積在頂部檢測(cè)器結(jié)構(gòu)上。蝕刻這些結(jié)構(gòu)以形成 一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器臺(tái)面結(jié) 構(gòu)，其中包括表面或邊緣發(fā)射激光器以便將所發(fā)射的光引導(dǎo)至光纖； 一個(gè)或多 個(gè)光檢測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)，其中包括表面或邊緣接收檢測(cè)器以便接收來(lái)自光纖的 光；以及表面或邊緣接收監(jiān)控檢測(cè)器，用于接收來(lái)自發(fā)射器的光。反射器、偏 轉(zhuǎn)器、棱鏡、光柵或其它衍射元件、罩子和/或透鏡也可以被整體地制造在基片 上或者位于芯片旁邊以便按要求引導(dǎo)所發(fā)射或接收的光。
在本發(fā)明的一個(gè)形式中，單片集成光子芯片包括一個(gè)承載半導(dǎo)體檢測(cè)器外
延結(jié)構(gòu)的基片，利用已知的沉積技術(shù)將半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)外延地沉積在檢測(cè)器
結(jié)構(gòu)上。就像通過(guò)蝕刻那樣，水平腔面發(fā)射激光器(HCSEL)被制造在發(fā)射器結(jié)
構(gòu)中，并且被隔離槽圍繞著，隔離槽是通過(guò)蝕刻穿透檢測(cè)器結(jié)構(gòu)到達(dá)基片而形 成的。就像通過(guò)蝕刻掉覆蓋的激光器結(jié)構(gòu)那樣，靠近激光器的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)的表 面被暴露出來(lái)，以形成檢測(cè)器接收器表面，該表面圍繞著激光器的發(fā)射端并且 通過(guò)溝槽與其間隔開(kāi)，使得激光器和檢測(cè)器在同一基片上形成分開(kāi)的臺(tái)面結(jié) 構(gòu)。激光器的表面上的金屬層提供了電接觸，該電接觸用于向激光器結(jié)構(gòu)施加 合適的偏壓從而產(chǎn)生已知波長(zhǎng)的激光。表面發(fā)射激光器充當(dāng)光源，朝上引導(dǎo)光 束使其穿過(guò)外部透鏡到達(dá)外部光纖。光纖也可以朝著芯片引導(dǎo)第二波長(zhǎng)的光， 同時(shí)，這種接收到的光向下穿過(guò)透鏡。因?yàn)榻邮盏降墓饩哂信c激光器所發(fā)射的 光不同的波長(zhǎng)，所以透鏡不會(huì)將接收到的光往回聚焦到激光器中，但是進(jìn)來(lái)的 光就被透鏡引導(dǎo)至激光光源的周?chē)膮^(qū)域，在那兒它被檢測(cè)器結(jié)構(gòu)接收。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，單片集成芯片包括兩個(gè)疊加的外延沉積的 檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，同時(shí)單個(gè)發(fā)射器層疊加在頂部檢測(cè)器結(jié)構(gòu)上。就像通過(guò)蝕刻那樣， 表面發(fā)射激光器被制造在芯片上的激光器結(jié)構(gòu)中所形成的臺(tái)面結(jié)構(gòu)上，并且 通過(guò)溝槽與周?chē)臋z測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)隔離開(kāi)。然后，從周?chē)碾p結(jié)構(gòu)檢測(cè)器臺(tái)面 結(jié)構(gòu)的表面，除去圍繞著激光器臺(tái)面結(jié)構(gòu)的發(fā)射器層。激光器可以被賦能從而 發(fā)射第一波長(zhǎng)的光，可以引導(dǎo)該光穿過(guò)透鏡到達(dá)光纖，就像上文所述那樣。然 而，在本實(shí)施方式中，兩個(gè)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)能夠分別接收來(lái)自光纖的第二和第三波 長(zhǎng)的光。在發(fā)射器末端周?chē)约把刂砻姘l(fā)射激光器的側(cè)面提供檢測(cè)器臺(tái)面結(jié) 構(gòu)從而基本上圍繞著激光器的發(fā)射器末端，這樣會(huì)優(yōu)化激光器和檢測(cè)器到單個(gè) 光纖的雙向耦合。第一檢測(cè)器可以被設(shè)計(jì)成吸收與激光器輸出相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)， 由此提高激光器和第二檢測(cè)器之間的光學(xué)隔離。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，光子芯片包括位于芯片一端的表面發(fā)射激 光器，還包括位于芯片另一端的表面接收檢測(cè)器。外部組件可以與這個(gè)光子芯 片一起使用以允許來(lái)自激光器的光耦合到光纖，同時(shí)來(lái)自同一光纖的光可以被 引導(dǎo)至表面接收檢測(cè)器或被引導(dǎo)至多個(gè)表面接收檢測(cè)器。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，在一個(gè)芯片上的激光器結(jié)構(gòu)陣列中的單個(gè) 臺(tái)面結(jié)構(gòu)上，可以并排制造多個(gè)表面發(fā)射激光器，同時(shí)該陣列中的每一個(gè)激光 。按相似的方式，在檢測(cè)器結(jié)構(gòu)中的多個(gè)單獨(dú)的臺(tái)面結(jié)構(gòu) 上，可以并排制造多個(gè)單獨(dú)的檢測(cè)器，同時(shí)每一個(gè)檢測(cè)器能夠接收不同波長(zhǎng)的 光。通過(guò)外部衍射元件(比如棱鏡)以及合適的透鏡(若需要的話(huà))，發(fā)射器 和檢測(cè)器可以光學(xué)地耦合到單個(gè)光纖。
在本發(fā)明的單片集成雙向光子器件的制造過(guò)程中，也可以使用邊緣發(fā)射激
光器以及表面接收或邊緣接收檢測(cè)器。在一個(gè)這樣的實(shí)施方式中，邊緣發(fā)射激 光器被制造在激光器結(jié)構(gòu)中的臺(tái)面結(jié)構(gòu)上，反射器被制造在激光出射刻面旁邊 的激光器結(jié)構(gòu)中，從而垂直向上引導(dǎo)所發(fā)射的第一波長(zhǎng)的光。反射器可以包括 平的或彎的反射器表面以向上引導(dǎo)光線(xiàn)使其穿過(guò)外部透鏡到達(dá)光纖。反射器被 露出的表面接收檢測(cè)器結(jié)構(gòu)圍繞著，該表面接收檢測(cè)器結(jié)構(gòu)位于一個(gè)與激光器 臺(tái)面結(jié)構(gòu)分開(kāi)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)上并且接收來(lái)自光纖的第二波長(zhǎng)的光。在另一個(gè)實(shí)施 方式中，反射器表面包括二向色涂層，它反射第一波長(zhǎng)的激光，但使接收到的 第二波長(zhǎng)的光穿過(guò)反射器體達(dá)到下面的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)。
在芯片上的激光器結(jié)構(gòu)中，可以按陣列制造多個(gè)邊緣發(fā)射激光器，從而借 助于衍射元件(比如棱鏡或光柵)將相應(yīng)波長(zhǎng)的光引導(dǎo)至外部光纖。根據(jù)本發(fā) 明，該陣列也可以包括多個(gè)末端接收檢測(cè)器，這些檢測(cè)器被制造在檢測(cè)器結(jié)構(gòu) 中分開(kāi)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)上并且被安排成接收來(lái)自光纖的不同頻率的光，由此提供了 激光器和檢測(cè)器通道的單片集成陣列。
在上述實(shí)施方式中，每一個(gè)激光器器件可以具有監(jiān)控光檢測(cè)器(MPD)以檢
測(cè)由其相應(yīng)的激光器產(chǎn)生的光的強(qiáng)度。MPD可以被制造在激光器外延層中且與
激光器的光軸對(duì)齊，或者可以被制造成位于檢測(cè)器外延層中的表面接收檢測(cè) 器。在后一種情況下，可以提供合適的光偏轉(zhuǎn)器或罩子以便將發(fā)射的激光引導(dǎo)
至MPD的表面上。


結(jié)合附圖，從本發(fā)明的較佳實(shí)施方式的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述和其它
目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)都將變得明顯，其中
圖1示出了兩層外延芯片結(jié)構(gòu)，它包括位于基片上的激光器外延結(jié)構(gòu)和檢 測(cè)器外延結(jié)構(gòu)；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的單片集成光子器件的側(cè)視圖，其中 包括在激光器外延層中制造的表面發(fā)射激光器、在檢測(cè)器外延層中制造的表面 接收檢測(cè)器以及穿過(guò)圖1的芯片的兩個(gè)外延層的監(jiān)控光檢測(cè)器；
圖3是圖2的器件的頂部平面圖4示出了三層外延芯片結(jié)構(gòu)，它包括位于基片上的一個(gè)外延激光器結(jié)構(gòu) 以及兩個(gè)檢測(cè)器外延結(jié)構(gòu)；
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的單片集成光子器件的側(cè)視圖，其中包 括在圖4的芯片的激光器結(jié)構(gòu)中制造的一個(gè)表面發(fā)射激光器以及在檢測(cè)器結(jié)構(gòu) 中制造的兩個(gè)表面接收檢測(cè)器；
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的單片集成光子器件的頂部平面圖，其 中包括位于同一芯片上相應(yīng)的激光器和檢測(cè)器外延結(jié)構(gòu)中的表面發(fā)射激光器 陣列和表面接收檢測(cè)器陣列；
圖7是與外部棱鏡和透鏡相結(jié)合的圖6的器件的側(cè)視圖；這種結(jié)合是為了 將芯片上的激光器和檢測(cè)器光耦合到光纖；
圖8是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的單片集成光子器件的側(cè)視圖，其中包 括在圖1的芯片的激光器外延結(jié)構(gòu)中制造的邊緣發(fā)射激光器以及在檢測(cè)器外延 結(jié)構(gòu)中制造的表面接收檢測(cè)器，其中還包括用于使激光邊緣發(fā)射的光重新定向 的偏轉(zhuǎn)器；
圖9是圖8的器件的一個(gè)修改形式的側(cè)視圖，其中包括具有曲面的偏轉(zhuǎn)器； 圖10是圖9的器件的頂部平面圖11是圖8的光子器件的一個(gè)修改形式的側(cè)視圖，其中偏轉(zhuǎn)器包括二向 色涂層，該涂層反射激光器所發(fā)射的光并且使從外部源接收到的光穿過(guò)偏轉(zhuǎn)器 體到達(dá)下面的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)；
圖12是圖11的器件的頂部平面圖13是用于圖11的器件的二向色濾光片的一個(gè)示例的反射特征的圖； 圖14是單片集成光子器件的頂部平面圖，其中包括通過(guò)棱鏡耦合到外部
光纖的邊緣發(fā)射激光器和邊緣接收檢測(cè)器的陣列；
圖15是是單片集成光子器件的頂部平面圖，其中包括通過(guò)光柵耦合到外
部光纖的邊緣發(fā)射激光器和邊緣接收檢測(cè)器的陣列；
圖16是光子器件(比如圖8所示的那種)經(jīng)修改從而包括在檢測(cè)器外延 結(jié)構(gòu)中所制造的表面接收監(jiān)控光檢測(cè)器(MPD)的側(cè)視圖； 圖17是圖16的器件的頂部平面圖18是圖16的器件的修改形式的側(cè)視圖，其中包括帶有光-偏轉(zhuǎn)器罩子的
表面接收MPD;
圖19是圖16的器件的另一個(gè)實(shí)施方式的側(cè)視圖20是具有外部組件的分為兩個(gè)部分的芯片的側(cè)視圖；以及
圖21是用集成光子芯片和外部組件構(gòu)成的三工器的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在來(lái)看本發(fā)明的詳細(xì)描述，圖l示出了兩層外延芯片10，其中包括位于 基片16上且彼此相互疊加的第一和第二外延層或結(jié)構(gòu)12和14。第一結(jié)構(gòu)或光 子元件12是按常規(guī)方式外延沉積在基片上的半導(dǎo)體材料從而形成對(duì)選定波帶 的光敏感的光檢測(cè)器。第二結(jié)構(gòu)或光子元件14是按常規(guī)方式外延沉積在第一 結(jié)構(gòu)12上的另一種半導(dǎo)體材料。第二結(jié)構(gòu)包括有源區(qū)域，從中可以制造出激
光器o
如本領(lǐng)域所知，基片16上的結(jié)構(gòu)可以由恰當(dāng)摻雜過(guò)的III-V化合物或其合 金構(gòu)成。結(jié)構(gòu)12可以是通過(guò)像金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MOCVD)或分子束外延 (MBE)這樣的外延沉積工藝沉積而成的一系列層。通常，這些結(jié)構(gòu)可以包括下 列位于InP基片上的層p摻雜InP緩沖層；p摻雜InGaAs的p接觸層；p摻 雜InP過(guò)渡層；未摻雜的、或未故意摻雜的、或非常輕微摻雜的InGaAs檢測(cè) 層；n摻雜InP層；以及n摻雜InGaAs的n接觸層。InP基片可以是摻Fe的那 種類(lèi)型，使得它是半絕緣的(SI)以允許在同一基片上所制造的期望的器件之 間有良好的電絕緣。
第二結(jié)構(gòu)14也可以是通過(guò)MOCVD或MBE工藝在結(jié)構(gòu)12的頂面上沉積 的一系列的層，從而形成了一個(gè)包括有源區(qū)域的光學(xué)腔。盡管根據(jù)本發(fā)明可以 制造其它類(lèi)型的激光器腔，但是為了方便本文將以脊形激光器(ridge laser)為 例來(lái)描述本發(fā)明。對(duì)于固態(tài)脊形激光器而言典型的是，外延結(jié)構(gòu)14包括由低 折射率半導(dǎo)體材料構(gòu)成的上包層區(qū)域和下包層區(qū)域，其折射率低于中心有源區(qū)
域所用材料的折射率。這些包層區(qū)域可以由InP構(gòu)成，而中心有源區(qū)域可以由 基于InAlInGaAs的量子阱和勢(shì)壘構(gòu)成。在頂部包層區(qū)域上可以形成InGaAsP 的過(guò)渡層，之后是位于結(jié)構(gòu)14的頂部之上的p摻雜InGaAs接觸層。接觸層為 頂部金屬層提供了歐姆接觸，在結(jié)構(gòu)14上沉積頂部金屬層是為了將該器件連 接到偏壓源。
外延結(jié)構(gòu)12和14可以共用一些沉積的層，使得這些結(jié)構(gòu)之間的界面對(duì)于 兩者是共用的?；蛘?，結(jié)構(gòu)12中的摻雜劑可以相反，使得在基片(比如Si-InP 基片)上首先沉積具有n摻雜劑的層。所描述的層允許在結(jié)構(gòu)12中制造出高 靈敏度的檢測(cè)器，比如p-i-n二極管檢測(cè)器和雪崩光檢測(cè)器，它們將在特定的波 長(zhǎng)范圍或波帶中工作；還允許在結(jié)構(gòu)14中制造出表面或邊緣發(fā)射激光器，它 們能夠發(fā)射選定波長(zhǎng)的光。
在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，如圖2和3所示，單片光子器件或芯片20 包括在芯片10的各個(gè)結(jié)構(gòu)12和14中分開(kāi)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)中單片地制造的一體式 激光器22和一體式檢測(cè)器24。為了提高電隔離，在半絕緣的基片的情況下， 期望通過(guò)蝕刻穿透外延層到達(dá)基片從而形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)。通過(guò)常規(guī)的掩模和蝕刻 技術(shù)在結(jié)構(gòu)14中形成激光器22從而產(chǎn)生包括細(xì)長(zhǎng)的水平脊形光學(xué)腔體HCSEL 器件，該腔體具有頂面26、臺(tái)面結(jié)構(gòu)側(cè)壁28和30 (參照?qǐng)D3)以及第一和第 二末端32和34。在第一末端32處形成傾斜的全內(nèi)反射刻面35以便向上引導(dǎo) 在激光器22的有源區(qū)域36中傳播的光并且使該光通過(guò)頂部發(fā)射表面從激光器 光學(xué)腔體中出來(lái)。光學(xué)腔體的第二末端34由垂直反射刻面構(gòu)成以便允許在光 學(xué)腔體中產(chǎn)生激光。通過(guò)以相對(duì)于頂面26成45度角或接近45度角向下且向 內(nèi)蝕刻上述結(jié)構(gòu)14，制造出在末端32處的傾斜的刻面35，并且使沿著光學(xué)腔 體的光軸而產(chǎn)生的光在一個(gè)基本上垂直于表面26的方向上發(fā)射并且發(fā)射到水 平激光器的有源材料的平面36，所發(fā)射的光束在箭頭37所示的方向上向上前 進(jìn)。所發(fā)射的光因腔體內(nèi)的反射而在一角度上發(fā)射，輸出光束的限制通常由箭 頭38指示。在這種安排下，激光器22和光檢測(cè)器24彼此電隔離且光隔離， 下文會(huì)對(duì)此進(jìn)行解釋。
激光器的第二末端34的端面與激光器腔體22的縱向光軸成90°角。在激 光器的第二末端附近是監(jiān)控光檢測(cè)器(MPD) 40，監(jiān)控光檢測(cè)器(MPD) 40是在遮
蔽且蝕刻激光器光學(xué)腔體22以形成脊42的同時(shí)通過(guò)常規(guī)遮蔽和蝕刻工藝在激
光器外延結(jié)構(gòu)14中形成的。脊形激光器在結(jié)構(gòu)14中的有源區(qū)域36之上的末 端32和34之間延伸，如圖3中的44處所示，該脊在激光器的發(fā)射器末端處 被增寬以提供一個(gè)位于傾斜的刻面35之上的開(kāi)放區(qū)域從而允許所發(fā)射的光束 37 (它可以是圓的或橢圓的)從光學(xué)腔體中出射而并不失真。脊的頂部涂有導(dǎo) 電材料46(比如金屬)以允許用合適的偏壓對(duì)激光器進(jìn)行賦能。這種導(dǎo)電的或 金屬化的層通常被涂敷在激光器結(jié)構(gòu)的頂層之上，如上所述，該頂層可以是低 帶隙半導(dǎo)體(比如InGaAs)，它允許與金屬化的層形成歐姆接觸。在結(jié)構(gòu)14 的頂層中可以按需要形成孔徑48，以除去可能吸收所發(fā)射的光的材料。
作為形成激光器22和MPD 40的遮蔽和蝕刻工藝的一部分，也制造了檢 測(cè)器24。如圖所示，位于激光器22周?chē)墓鈾z測(cè)器外延結(jié)構(gòu)12上方的結(jié)構(gòu) 14的一部分被除去從而露出結(jié)構(gòu)12的頂面50。然后，在緊靠著且圍繞著激光 器22的區(qū)域中，進(jìn)一步蝕刻結(jié)構(gòu)12以形成溝槽52 (圖3)，該溝槽52將激 光器22與光檢測(cè)器結(jié)構(gòu)12分開(kāi)。溝槽52向下延伸到基片16 (最好延伸較短 的距離)從而在基片上產(chǎn)生分開(kāi)的激光器和檢測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)。通過(guò)除去層12 的后面一部分從而將檢測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)限制為圍繞著刻面35上方的發(fā)射表面的 區(qū)域(如圖2和3所示)，檢測(cè)器24可以被進(jìn)一步定形。
通過(guò)透鏡62，來(lái)自光子器件20的光輸出37可以耦合到外部接收器/源(比 如光纖60)。因?yàn)樯畹木壒?，這種透鏡將聚焦特定波長(zhǎng)的光，但不會(huì)聚焦不 同波長(zhǎng)的光。本發(fā)明利用這種能力將激光器22所產(chǎn)生的輸出光37 (它可能是 波長(zhǎng)為1310 nm的光束)聚焦到光纖60的末端，就像箭頭38和64所示。與 輸出光波長(zhǎng)不同的輸入光66 (比如1490 nm)可以被光纖60接收，并且將被 引導(dǎo)至透鏡62，就像箭頭64所示。因?yàn)槠洳ㄩL(zhǎng)的緣故，該接收到的光不被透 鏡62密集地聚焦，就像光束限制箭頭70所示的那樣。結(jié)果，輸入光不被聚焦 到激光器22的發(fā)射器末端上，而是擴(kuò)散開(kāi)并入射到區(qū)域72中的檢測(cè)器50的 頂面上，就像圖3中的虛線(xiàn)所示的那樣。激光器和檢測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)的較佳設(shè)計(jì) 可使激光器的發(fā)射器區(qū)域基本上處于檢測(cè)器50的中心，但通過(guò)溝槽52而與其 分開(kāi)。
即使輸入光66與輸出光37的波長(zhǎng)基本上相同，例如都是大約1310nm，
激光器和光纖之間通過(guò)透鏡進(jìn)行耦合的過(guò)程中的失配使檢測(cè)器50上的光檢測(cè) 可行。
圖4示出了本發(fā)明的第二實(shí)施方式，其中芯片78包括三個(gè)外延層或結(jié)構(gòu)， 即檢測(cè)器80和82以及激光器84,它們都被制造在基片86上。如上文參照?qǐng)D 2所述制造出層84從而在與基片的頂面相平行的平面中包括一個(gè)有源區(qū)域，而 層82和80則用不同帶隙來(lái)制造從而形成響應(yīng)于選定波長(zhǎng)的光的光檢測(cè)器。這 些半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以共用一些層以促進(jìn)該器件的制造過(guò)程。例如，在檢測(cè)器層80 和82之間，可以引入高度摻雜的半導(dǎo)體層從而提供一接地層以提高電隔離和 高速性能。
如圖5所示，以上文參照?qǐng)D2和3的器件所描述的方式，從芯片78中制 造出單片集成光子器件90。在這種情況下，在激光器結(jié)構(gòu)84中制造出HCSEL 激光器波導(dǎo)或腔體92，就像通過(guò)遮蔽和蝕刻形成溝槽(比如圖3中的溝槽52) 那樣，從而向下延伸穿過(guò)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)80和82到達(dá)基片86的頂部，使得激光 器92和周?chē)臋z測(cè)器都定位于分開(kāi)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)上。蝕刻激光器92的發(fā)射器末 端從而形成傾斜的刻面94，該刻面94向上反射在激光器中傳播的光并且使其 從激光器的頂面出來(lái)。所發(fā)射的光束96 (它可能是發(fā)散的，如限制箭頭98所 示)被向上引導(dǎo)至透鏡100，透鏡100收集光并將其聚焦到輸入/輸出器件102 (比如光纖)，如箭頭104所示。
在激光器92的形成過(guò)程中，從檢測(cè)器結(jié)構(gòu)82的頂層110中除去激光器結(jié) 構(gòu)或?qū)?4，從而在激光器的發(fā)射器末端的周?chē)鷧^(qū)域中定形并露出表面接收檢測(cè) 器層80和82的頂面。光子器件90從光纖102接收到的輸入光束114具有與 所發(fā)射的光束96不同的波長(zhǎng)，相應(yīng)地，透鏡100不會(huì)將其往回聚焦到刻面94， 但是透鏡將其引導(dǎo)至檢測(cè)器結(jié)構(gòu)82的表面110，如箭頭114所示，且如參照?qǐng)D 2和3所描述的那樣。通過(guò)連接到檢測(cè)器82的電極(未示出)，檢測(cè)器結(jié)構(gòu) 82響應(yīng)于該接收到的光束的波長(zhǎng)而產(chǎn)生合適的輸出。另外，光子器件90可以 響應(yīng)于光纖102所支持的另一個(gè)波長(zhǎng)的第二輸入光束116。透鏡IOO將該第二 輸入光束引導(dǎo)至檢測(cè)器結(jié)構(gòu)82的頂面110，如箭頭116所示，但是該檢測(cè)器表 面82對(duì)它沒(méi)有響應(yīng)。相反，第二光束穿透結(jié)構(gòu)82到達(dá)下面的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)80 (它接收光束，就像箭頭116所示那樣)，并且響應(yīng)于它以便在合適的電極(未
示出)上產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。
光子器件90 (它可被稱(chēng)為三工器)可以發(fā)射波長(zhǎng)介于1310nm ± 40 nm范 圍中的光，而檢測(cè)器層80和82的帶隙可以被選定為使得檢測(cè)器80響應(yīng)于波 長(zhǎng)介于1550 nm± 10nm范圍中的光，檢測(cè)器82接收1490 nm ± 10nm范圍中 的光。為此，檢測(cè)器82的帶隙可以被選定為檢測(cè)1520 nm以下的光，使得波 長(zhǎng)更長(zhǎng)的光將穿透它到達(dá)下面的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)80。檢測(cè)器結(jié)構(gòu)80可以是寬帶檢 測(cè)器或帶隙經(jīng)優(yōu)化的檢測(cè)器以便接收其波長(zhǎng)低于1580 nm的光。通過(guò)使用檢測(cè) 器82阻擋來(lái)自激光器92的不想要的光從而防止這種光到達(dá)檢測(cè)器80，這種檢 測(cè)器結(jié)構(gòu)也可以被用于提供在激光器92和檢測(cè)器80之間經(jīng)提高的光隔離。例 如，如果激光器發(fā)射波長(zhǎng)為1310nm±40nm的光，則檢測(cè)器82中未摻雜的或 未故意摻雜的或輕度摻雜的檢測(cè)層將具有一帶隙，通過(guò)InGaAsP而形成，被設(shè) 計(jì)成在器件90的工作溫度范圍中捕獲波長(zhǎng)比1350nm短的光，這將阻止該激光 器輸出到達(dá)探測(cè)器80。然而，在本示例中，如果輸入光116的波長(zhǎng)約為1490 nm 土10nm，則它將穿過(guò)檢測(cè)器82而不被檢測(cè)到，并且將到達(dá)檢測(cè)器80并被檢測(cè) 到。檢測(cè)器80中未慘雜的或未故意摻雜的或輕度摻雜的檢測(cè)層的帶隙可以由 InGaAs構(gòu)成。
盡管上述實(shí)施方式顯示出單個(gè)激光器發(fā)射器位置以及圍繞著激光器發(fā)射 器的單個(gè)檢測(cè)器位置，但是很明顯，本發(fā)明的一體式光子器件可以包括位于單 個(gè)芯片上的多個(gè)激光器位置和多個(gè)檢測(cè)器位置，例如，如圖6的頂部平面圖所 示。在該圖中，光子芯片130包括水平腔體表面發(fā)射激光器的陣列132，比如 HCSEL激光器134、 136、 138和140，它們都被制造在外延激光器結(jié)構(gòu)中。這 些激光器被顯示成構(gòu)成大致平行的發(fā)光通道，盡管也可以使用其它芯片構(gòu)架。 較佳地，這些HCSEL激光器的各個(gè)發(fā)射器表面142、 144、 146和148聚在一 起以便于通過(guò)合適的外部光學(xué)器件(比如棱鏡152以及透鏡154和155)向上 將其輸出光引導(dǎo)至公共的輸入/輸出光纖150。
芯片130可以包括在每一個(gè)激光器的發(fā)射末端周?chē)圃斓谋砻娼邮諜z測(cè)器 以便接收來(lái)自光纖150的光，其方式與上文參照?qǐng)Dl-5所描述的相同?；蛘撸?如圖6所示，表面接收檢測(cè)器162、 164、 166和168的陣列160可以被設(shè)置在 與發(fā)射器相鄰的位置并且聚在一起以便于接收來(lái)自輸入/輸出光纖150的輸入光。此處，芯片的表面構(gòu)架可以不同于該圖所示的那種。
如圖所示，可以提供MPD器件以監(jiān)控芯片130上的每一個(gè)激光器，就像
172、 174、 176和178處所示，并且可以按要求以已知的方式在芯片130的表 面上提供合適的接合焊點(diǎn)180和接地線(xiàn)路182。就像在前面的本發(fā)明實(shí)施方式 中那樣，在第一外延結(jié)構(gòu)中單片地制造激光器132，而在同一基片上的第二外 延結(jié)構(gòu)中制造出檢測(cè)器。陣列132中的每一個(gè)激光器可以被制造成發(fā)射不同波 帶中的光；例如，表面發(fā)射激光器134、 136、 138和140可以發(fā)射其波長(zhǎng)分別 為1470 nm、 1490 nm、 1510 nm和1530 nm的光。相似的是，檢測(cè)器162、 164、 166和168可以檢測(cè)其波帶分別為1550 nm、 1570 nm、 1590 nm和1610 nm的 光。
為了在陣列132中的若干個(gè)激光器之間具有較大的波長(zhǎng)變化以便用在像粗
波分復(fù)用(CWDM)這樣的應(yīng)用中(其中相鄰CWDM信道之間的信道間隔約為
20 nm)，激光器結(jié)構(gòu)的有源區(qū)域(它是上述第一或頂部外延結(jié)構(gòu))需要修改
其帶隙以便允許針對(duì)激光器陣列制造出具有合適波長(zhǎng)的激光器。這是通過(guò)許多
己知的形成第一外延結(jié)構(gòu)的工藝中的一種而實(shí)現(xiàn)的；例如，通過(guò)無(wú)雜質(zhì)空穴擴(kuò)
散或通過(guò)多次外延沉積。
本發(fā)明的單片集成發(fā)射器和檢測(cè)器可以被制造成具有表面接收檢測(cè)器的
邊緣發(fā)射激光器(EEL)，其方式與圖8-15所示的相同，現(xiàn)在參照?qǐng)D8-15。如圖 8的側(cè)面圖所示，這種激光器/檢測(cè)器芯片200較佳地包括邊緣發(fā)射器激光器 202，它可以是法布里波羅(FP)激光器，它被制造在外延激光器層204中；以及 表面接收檢測(cè)器206，它被制造在外延檢測(cè)器層208中，激光器和檢測(cè)器都形 成于基片210上。激光器和檢測(cè)器最好是通過(guò)上述遮蔽和蝕刻技術(shù)而形成的， 差別在于，在這種配置中，反射基底元件212被設(shè)置在激光器附近并且與其光 軸對(duì)齊，但是與激光器202 —端處的發(fā)射器刻面214間隔開(kāi)。因?yàn)檫@是一個(gè)邊 緣發(fā)射激光器，所以刻面214垂直于基片210的表面。
基底元件212可以包括在激光器202的有源區(qū)域處與其光軸218對(duì)齊的平 的反射表面216，或者可以包括與軸218對(duì)齊的彎的反射表面220，如圖9所 示。表面216或表面220使激光器202的刻面214所發(fā)射的光束230偏轉(zhuǎn)，且 使其穿過(guò)合適的外部光學(xué)器件(比如透鏡232)到達(dá)光纖234。通過(guò)半導(dǎo)體激 光器和光檢測(cè)器層的光刻和蝕刻，可以制造出基底元件212以及表面216和 220。如圖10所示，就像通過(guò)蝕刻那樣，檢測(cè)器層206被定形以便圍繞著基底 元件212，使得透鏡232將從光纖234中接收到的光244引導(dǎo)至虛線(xiàn)246 (圖 10)所示區(qū)域中的檢測(cè)器的表面上，其方式與上文參照?qǐng)Dl-5所描述的相同。
通過(guò)上升工藝(lift-offprocess)對(duì)硅進(jìn)行電子束沉積，也可以制造基底元 件212，以便在檢測(cè)器層206的頂部設(shè)置一個(gè)方便的結(jié)構(gòu)從而在與芯片表面相 垂直的方向上反射EEL 202的輸出。
在圖11的光子器件248中，示出了另一個(gè)備選方案，其中邊緣發(fā)射激光 器250與基片254上的表面接收光檢測(cè)器252集成到一起，同時(shí)反射基底元件 256被安裝在檢測(cè)器的表面上或被定位在該表面上方?；自?56包括平的 或彎的表面260以及位于表面260之上的二向色濾光片。該濾光片可以是位于 表面260上的多層涂層，它被設(shè)計(jì)成反射一個(gè)波帶且允許另一個(gè)波帶通過(guò)。例 如，從激光器250的刻面266發(fā)射的光束264可以具有1310 nm ± 40 nm的波 帶，并且可以大致是s偏振的。光束264被引導(dǎo)至濾光片262的表面上，該表 面與激光器的光軸成45度角，并且通過(guò)外部光學(xué)器件266 (比如透鏡)將光束 264幾乎全部向上反射至光纖268。從光纖引導(dǎo)至光子器件248的輸入光270 可以具有1490 nm± 10nm的波帶。以45度角將該光引導(dǎo)至濾光片262，但是 該波長(zhǎng)的光幾乎全部透射過(guò)濾光片并且穿過(guò)基底256到達(dá)檢測(cè)器252。如圖12 的頂視圖所示，接收到的光270被引導(dǎo)至光子檢測(cè)器252的部分之上，即虛線(xiàn) 272之內(nèi)。這包括在基底元件256下方的區(qū)域以提供更大的檢測(cè)面積，由此對(duì) 接收到的光的靈敏度更大。
圖13中的曲線(xiàn)280和282示出了典型的二向色濾光片的反射對(duì)波長(zhǎng)行為。 在這種情況下，基底元件是InP，并且外部介質(zhì)是空氣，通過(guò)使用常規(guī)設(shè)計(jì)技 術(shù)，利用九個(gè)層來(lái)制造該濾光片。
圖14和15示出了集成在芯片上的邊緣發(fā)射激光器和邊緣接收檢測(cè)器的陣 列，這些芯片具有芯片上的光學(xué)元件(比如透鏡和棱鏡)。在圖14中，在同 一基片上的各個(gè)外延激光器和檢測(cè)器結(jié)構(gòu)中，制造出邊緣發(fā)射激光器的陣列 290和邊緣接收檢測(cè)器的陣列292。利用美國(guó)專(zhuān)利6,6532,44中所描述的工藝， 將芯片上的透鏡294和296以及棱鏡298制造成與陣列290和292中的激光器
和檢測(cè)器的光軸對(duì)齊，從而將激光器發(fā)射的光300引導(dǎo)至光纖302。類(lèi)似地， 這些光學(xué)元件將從光纖302收到的光引導(dǎo)至陣列292的檢測(cè)器?；蛘?，如圖15 所示，芯片上的棱鏡298被芯片上的光柵306替代，從而使緊密間隔的波長(zhǎng)有 更大程度的分散。通過(guò)修改芯片的構(gòu)架，可以在同一個(gè)第一外延結(jié)構(gòu)上形成用 于不同光波長(zhǎng)的緊密間隔的激光器通道的其它陣列。
圖16示出了上述光子器件的修改形式。在上述器件中，監(jiān)控光檢測(cè)器(MPD) 被顯示在激光器腔體的一端處且與激光器的光軸對(duì)齊，并且由與激光器相同的 材料單片地制成。由此，例如，在圖8的器件中，在激光器外延層204中，制 造了 MPD310。如圖所示，監(jiān)控光檢測(cè)器包括一個(gè)有源區(qū)域312，它與光軸218 處的激光器的有源區(qū)域?qū)R，并且是通過(guò)用于制造激光器202的光刻和蝕刻工 藝在層204中制造出的。相應(yīng)地，MPD包括蝕刻的刻面314，它與激光器的后 蝕刻刻面316間隔開(kāi)且基本上平行。盡管后刻面316通常是高度反射的以便在 激光器腔體202中產(chǎn)生激光，但是一些光被發(fā)射且照射到刻面314上。這種光 被MPD器件310檢測(cè)到，從而在連接到接觸層318和320的合適的電極(未 示出)上產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。如圖所示，通過(guò)垂直蝕刻穿透激光器外延層204和 檢測(cè)器外延層208，制造出MPD器件，從而使MPD與激光器分隔開(kāi)，就像圖 10的頂部平面圖所示那樣。如圖8所示，為了防止吸收來(lái)自接觸層320中的光 纖224的輸入光，已從下面的基底元件212除去了該層。
在圖16的實(shí)施方式中，光子器件330包括在激光器外延層(比如圖l所 示芯片結(jié)構(gòu)10的層14)中制造的激光器332，這是通過(guò)上述光刻和蝕刻工藝 制造的。該層可以是表面發(fā)射激光器，比如圖2、 3、 5和6所描述的那些；或 者可以是邊緣發(fā)射激光器，比如圖8-12、 14和15所示的那些；并且可以包括 任何期望的光學(xué)系統(tǒng)，比如偏轉(zhuǎn)器334和透鏡336以便將激光器所發(fā)射的光(就 像來(lái)自刻面338)轉(zhuǎn)移到外部光學(xué)系統(tǒng)(比如光纖340)。當(dāng)被用在同一基片 344上的單片激光器-檢測(cè)器光子器件中時(shí)，光子器件可以包括在激光器的發(fā)射 器處的單片檢測(cè)器，比如檢測(cè)器342。
根據(jù)圖16的實(shí)施方式，上述實(shí)施方式所示的MPD被修改成利用檢測(cè)器外 延層12 (圖1)以便監(jiān)控激光器332的工作情況，而非利用激光器外延層14。 如圖所示，光子器件330包括MPD 350，通過(guò)蝕刻掉激光器外延層14露出層 12的頂面352從而在檢測(cè)器外延層12中制造出臺(tái)面結(jié)構(gòu)的MPD 350。該頂面 處于層12的有源p-i-n區(qū)域354處，它對(duì)入射光很敏感從而在連接到MPD 350 的合適的電極(未示出)上產(chǎn)生電輸出信號(hào)。該配置能夠檢測(cè)從激光器的后刻 面358發(fā)射的少量的光。如箭頭356所示。該光如圖所示發(fā)散，但是充足的光 到達(dá)MPD 350的頂面352，以允許有效地監(jiān)控激光器332所產(chǎn)生的光的強(qiáng)度。
當(dāng)制造MPD時(shí)，使用蝕刻除去位于頂面區(qū)域352上的激光器層14，還除 去MPD周?chē)臋z測(cè)器外延層12以便將它與激光器隔離開(kāi)，如圖17所示。較 佳地，該蝕刻步驟與激光器332、偏轉(zhuǎn)器334和檢測(cè)器342的蝕刻同步地進(jìn)行， 使得在基片上單片地制造光子器件。檢測(cè)器342和MPD 350都是在層12中制 造的，最好是同時(shí)制造，從而為光子器件330提供了兩個(gè)光敏表面檢測(cè)器。圖 16示出了圖8中所用技術(shù)的備選技術(shù)，在發(fā)射器末端，p-i-n區(qū)域354的接觸層 并未被從下面的偏轉(zhuǎn)器334中除去，但是在本實(shí)施方式中使它保持較薄從而防 止來(lái)自光纖340的輸入光有可觀的吸收。
圖18中的360處示出了用于圖16的光子器件330的更敏感的MPD，其中 相似的元件被相似地標(biāo)號(hào)。在本修改中，為MPD 350提供了一個(gè)罩子362以便 保護(hù)p-i-n有源區(qū)域354并且將從刻面358發(fā)散的光中更多的一部分引導(dǎo)至表面 352。罩子是彎的，并且從激光器結(jié)構(gòu)332的頂面364附近延伸到MPD 350的 最遠(yuǎn)邊緣366附近，其彎曲情況是凹向MPD表面以便按虛線(xiàn)箭頭368所示引 導(dǎo)所發(fā)射的光。
罩子是由聚酰亞胺370制成的，比如Photoneece PWDC-1000光敏聚酰 亞胺，它對(duì)激光器332的發(fā)射波長(zhǎng)是基本透明的，這種聚酰亞胺被沉積、圖形 化和固化。在聚酰亞胺的固化過(guò)程中，它變得圓整(如圖所示)，從而產(chǎn)生連 續(xù)彎曲的表面。然后，罩子的表面被涂上金屬層372以提供一個(gè)反射凹面從而 將刻面358所發(fā)射的光引導(dǎo)至MPD 350。由此，罩子將所發(fā)射的光引導(dǎo)至表面 352以便由MPD 350使其偏轉(zhuǎn)，從而針對(duì)激光器332中所產(chǎn)生的光的強(qiáng)度，提 供一個(gè)靈敏的監(jiān)控器。此外，考慮到金屬化的表面，罩子基本上包含了從后刻 面發(fā)射的光并且防止它到達(dá)器件330上任何不想要的區(qū)域或離開(kāi)器件330。為 了保持良好的電隔離，金屬層372并不與激光器332接觸。
圖19示出了圖18的罩子的修改形式，其中示出了基片378上的激光器376。
用于圖18的監(jiān)控檢測(cè)器的彎曲的罩子360被用于監(jiān)控光檢測(cè)器的偏轉(zhuǎn)器380 替代，偏轉(zhuǎn)器380具有傾斜的刻面382。在本實(shí)施方式中，激光器376可以是 邊緣發(fā)射激光器或表面發(fā)射激光器。在激光器外延結(jié)構(gòu)中穿過(guò)傾斜的刻面382， 制造了偏轉(zhuǎn)器380。監(jiān)控光檢測(cè)器388被蝕刻成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，如上文參照?qǐng)D2、 5、 8或11所描述的那樣，并且檢測(cè)器的頂面被蝕刻成相對(duì)于基片378的表面成 45度。傾斜的刻面使激光器的后刻面384所發(fā)射的光向下偏轉(zhuǎn)到在檢測(cè)器外延 中所形成的p-i-n光檢測(cè)器388以便于檢測(cè)。接觸層386可以由適當(dāng)摻雜的 InGaAs構(gòu)成，并且需要較薄以允許充足的光到達(dá)p-i-n光檢測(cè)器388的i區(qū)域。 圖20示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式390，其形式是分為兩個(gè)部分的芯片 392，它包括半絕緣基片394，該基片394具有位于芯片一端398處的表面發(fā)射 激光器396以及位于芯片的另一端402上的表面接收檢測(cè)器400。監(jiān)控光檢測(cè) 器404形成于基片394上以監(jiān)控激光器的后刻面406。圖20也示出了外部組件 的一個(gè)示例，它可以與該分為兩個(gè)部分的芯片一起使用從而允許它接收光并將 光發(fā)射到單個(gè)光纖中，比如在激光器396的發(fā)射器刻面410上方間隔的單模光 纖408。分別在出射刻面410上方以及檢測(cè)器400上方間隔的透鏡412和414 與二向色棱鏡416—起使用，該棱鏡416位于透鏡和光纖408之間，以允許將 來(lái)自光纖408的光418引導(dǎo)至表面接收檢測(cè)器400，同時(shí)將激光420從輸出刻 面410引導(dǎo)至光纖408。盡管圖20示出了基于硅的透鏡，但是將會(huì)理解，其它 類(lèi)型的透鏡也可以被使用。應(yīng)該理解，其它類(lèi)型的外部組件也可以與分為兩個(gè) 部分的芯片一起使用，并且可以用具有合適的反射器的邊緣發(fā)射激光器來(lái)替代 表面發(fā)射HCSEL激光器396，和/或可以用具有合適的反射器的邊緣接收檢測(cè) 器來(lái)替代表面接收檢測(cè)器400。 MPD檢測(cè)器404被顯示成表面接收檢測(cè)器，但 是將進(jìn)一步理解，可以使用邊緣接收檢測(cè)器。另外，也可以使用如圖18所示 的罩子。
圖21示出了在430處光子器件390的修改版本，它包括第三表面接收檢 測(cè)器以及與圖20相似的外部組件從而提供了三工器的功能。如圖所示，該實(shí) 施方式包括位于半絕緣基片434上的邊緣發(fā)射激光器432，具有二向色濾光片 438的反射器436定位于發(fā)射器刻面440附近以及檢測(cè)442之上，其方式與上 文參照?qǐng)D11的實(shí)施方式所描述的相同。MPD 444定位于激光器432的后端刻
面446附近，并且遠(yuǎn)程檢測(cè)器448被安裝在基片434上遠(yuǎn)離激光器發(fā)射器所處 一端的另一端處。第一波長(zhǎng)的光450從激光器中出來(lái)，并且通過(guò)透鏡454和棱 鏡456的一端而耦合到光纖452，同時(shí)第二和第三波長(zhǎng)的光458和460被從光 纖引導(dǎo)至器件430。檢測(cè)器444是MPD并且檢測(cè)從激光器的后刻面446發(fā)射的 第一波長(zhǎng)的光。在二向色涂敷偏轉(zhuǎn)器436下面的第二檢測(cè)器442接收第二波長(zhǎng) 的光458。外部組件的二向色棱鏡456將第三波長(zhǎng)460引導(dǎo)至第三表面接收檢 測(cè)器448。圖21的光子器件和外部組件所執(zhí)行的功能是三工器的功能。
盡管已根據(jù)較佳實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該理解，在不背離 權(quán)利要求書(shū)所闡明的真實(shí)精神和范圍的情況下可以做出各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種光子器件，包括基片；位于所述基片上的第一外延結(jié)構(gòu)以及疊加在所述第一外延結(jié)構(gòu)上的第二外延結(jié)構(gòu)；在所述第一外延結(jié)構(gòu)中制造的第一蝕刻刻面光子元件，其光軸在發(fā)射器末端和反射末端之間延伸；以及在所述第二外延結(jié)構(gòu)中制造的第二表面接收光子元件，其鄰接著所述蝕刻刻面光子元件的所述反射末端。
2. 如權(quán)利要求1所述的器件，還包括在所述第二光檢測(cè)器外延結(jié)構(gòu)中制造的 第三光子元件。
3. 如權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于，第三光子元件是位于所述蝕刻刻 面光子元件的所述發(fā)射器末端附近的光檢測(cè)器。
4. 如權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于，所述第三光子元件是與所述光軸 對(duì)齊且與所述第二光子元件間隔開(kāi)的表面接收光檢測(cè)器。
5. 如權(quán)利要求4所述的器件，還包括在所述第二光檢測(cè)器外延結(jié)構(gòu)中制造的 第四光子元件，其鄰接著所述蝕刻刻面光子器件的所述發(fā)射器末端。
6. 如權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于，所述第一蝕刻刻面光子元件是激 光器，所述第二表面接收光子元件是與所述激光器的光軸對(duì)齊以監(jiān)控激光器操作的 光檢測(cè)器，以及所述第三光子元件是位于所述發(fā)射器末端處的與激光器光軸對(duì)齊的光檢測(cè)器。
7. 如權(quán)利要求6所述的器件，其特征在于，所述激光器和所述光檢測(cè)器位于 所述基片上的分開(kāi)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)上。
8. 如權(quán)利要求1所述的器件，還包括用于將所述第一光子元件的反射末端所 發(fā)射的光耦合到所述第二光子元件的光學(xué)元件。
9. 如權(quán)利要求8所述的器件，其特征在于，所述光學(xué)耦合元件包括反射器。
10. 如權(quán)利要求9所述的器件，其特征在于，所述反射器是一個(gè)罩子，它包括位于所述激光器和所述監(jiān)控光檢測(cè)器之間的透光填充物以及所述填充物上的反射 涂層。
11. 一種在單個(gè)芯片上制造單片光子器件的方法，包括 提供疊加在基片上的第一和第二外延結(jié)構(gòu)；在所述第一結(jié)構(gòu)中制造至少一個(gè)激光器腔體，所述激光器腔體具有第一和第二蝕刻刻面并且發(fā)射第一波長(zhǎng)的光；修改所述第二蝕刻刻面的反射率以提供高水平的光反射；以及 在所述第二結(jié)構(gòu)中制造第一表面接收檢測(cè)器，其鄰接著所述第二蝕刻刻面以便檢測(cè)由所述反射刻面發(fā)射的第一波長(zhǎng)的激光。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括在所述第二結(jié)構(gòu)中制造第二檢測(cè)器以便接收并檢測(cè)第二波長(zhǎng)的光； 將所發(fā)射的第一波長(zhǎng)的光耦合到外部光學(xué)器件；以及 將來(lái)自外部光學(xué)器件的第二波長(zhǎng)的光耦合到第二檢測(cè)器。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括將反射器元件定位于第二蝕刻刻面 附近以便將所發(fā)射的光引導(dǎo)至第一檢測(cè)器。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，定位反射器元件包括制造從 激光器延伸到第一檢測(cè)器的罩子。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，定位反射器元件包括在激光器的反射刻面和第一檢測(cè)器之間沉積透光填充物；以及在所述填充物上沉積反射層以便形成從激光器延伸到第一檢測(cè)器的罩子。
16. —種光子器件，包括 基片；位于所述基片上的第一光檢測(cè)器外延結(jié)構(gòu)； 位于所述第一結(jié)構(gòu)上的第二激光器外延結(jié)構(gòu)；在所述第二結(jié)構(gòu)中制造的用于產(chǎn)生第一波長(zhǎng)的光的激光器，所述激光器具有 用于發(fā)射第一波長(zhǎng)的光的發(fā)射器末端并且還具有反射末端；在所述第一外延結(jié)構(gòu)中制造的第一光檢測(cè)器，其鄰接著所述發(fā)射器末端以便 檢測(cè)第二波長(zhǎng)的光；以及在所述第一外延結(jié)構(gòu)中制造的第二光檢測(cè)器，用于檢測(cè)第一波長(zhǎng)的光以便監(jiān) 控所述激光器的操作。
17. 如權(quán)利要求16所述的光子器件，還包括用于將來(lái)自激光器的光引導(dǎo)至第 二光檢測(cè)器的反射器。
18. 如權(quán)利要求17所述的光子器件，還包括光纖，用于接收由激光器發(fā)射的第一波長(zhǎng)的光并且將第二波長(zhǎng)的光引導(dǎo)至光 子器件；以及第一光學(xué)器件，用于將第二波長(zhǎng)的光引導(dǎo)至第一檢測(cè)器。
19. 如權(quán)利要求18所述的光子器件，還包括在所述第一結(jié)構(gòu)中制造的且與 所述激光器分隔開(kāi)的第三光檢測(cè)器，所述第三光檢測(cè)器檢測(cè)第三波長(zhǎng)的光。
20. 如權(quán)利要求19所述的光子器件，其特征在于，所述光纖將第三波長(zhǎng)的光 引導(dǎo)至所述光子器件，并且還包括用于將第三波長(zhǎng)的光引導(dǎo)至第三檢測(cè)器的第二光 學(xué)器件。
21. 如權(quán)利要求20所述的光子器件，其特征在于，所述第一、第二和第三光檢測(cè)器是表面接收檢測(cè)器。
22. 如權(quán)利要求21所述的光子器件，其特征在于，所述第一和第二光學(xué)器件 包括用于在光纖以及第一和第三檢測(cè)器之間引導(dǎo)光的透鏡。
23. 如權(quán)利要求18所述的光子器件，其特征在于，所述第二光檢測(cè)器是鄰接 著激光器的反射末端以便接收第一波長(zhǎng)的光的表面接收檢測(cè)器。
24. 如權(quán)利要求23所述的光子器件，其特征在于，所述反射器是具有彎曲反 射器表面的罩子，用于在其反射末端將激光器所發(fā)射的光引導(dǎo)至第二光檢測(cè)器。
25. 如權(quán)利要求23所述的光子器件，其特征在于，所述反射器是在所述第二 結(jié)構(gòu)中制造的45°鏡子，用于在其反射末端將激光器所發(fā)射的光引導(dǎo)至第二光檢 測(cè)器。
26. —種光子器件，包括 基片；在所述基片上的第一光檢測(cè)器外延結(jié)構(gòu)，在所述第一光檢測(cè)器外延結(jié)構(gòu)上的 第二光檢測(cè)器外延結(jié)構(gòu)，和在所述第二光檢測(cè)器結(jié)構(gòu)上的激光器外延結(jié)構(gòu)； 在所述激光器外延結(jié)構(gòu)中制造的蝕刻刻面激光器； 在所述第一光檢測(cè)器外延結(jié)構(gòu)中制造的第一接收光檢測(cè)器；以及 在所述第二光檢測(cè)器外延結(jié)構(gòu)中制造的第二接收光檢測(cè)器。
27. 如權(quán)利要求26所述的光子器件，還包括 所述激光器發(fā)射第一波長(zhǎng)的激光；以及 所述第一接收光檢測(cè)器檢測(cè)第二波長(zhǎng)的光。
28. 如權(quán)利要求27所述的光子器件，還包括所述第二接收光檢測(cè)器是在所述第一接收光檢測(cè)器的頂部之上制造的。
29. 如權(quán)利要求28所述的光子器件，還包括所述第二接收光檢測(cè)器檢測(cè)第三波長(zhǎng)的光。
30. 如權(quán)利要求28所述的光子器件，其特征在于，所述第二光檢測(cè)器基本上 吸收第一波長(zhǎng)的光并且對(duì)第二波長(zhǎng)而言基本上透明。
全文摘要
在單個(gè)芯片的相應(yīng)外延層上集成的激光器和檢測(cè)器與芯片上的和/或外部的光學(xué)器件協(xié)作從而將激光器所發(fā)射的第一波長(zhǎng)的光耦合到單個(gè)外部器件(比如光纖)并且同時(shí)將從外部器件接收到的不同波長(zhǎng)的光耦合到檢測(cè)器，如此提供了雙向光子操作。多個(gè)激光器和檢測(cè)器可以被集成在芯片上從而提供多個(gè)雙向通道。在激光器一端附近的檢測(cè)器外延中，制造了監(jiān)控光檢測(cè)器。
文檔編號(hào)H01S5/18GK101356699SQ200680050533
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2006年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月5日
發(fā)明者A·A·貝法, A·T·謝里默爾, M·R·格林 申請(qǐng)人:賓奧普迪克斯股份有限公司