导体材料的泵浦响应于沿着与光模至少部分重叠的电流注入通道的电流注入。在该文件中，有源半导体材料产生的光倏逝地耦合到构成无源组件(passive aspect)的娃波导。用于方便娃上光源的当前解决方案，是基于混合/异质的集成，而不是直接通过单片集成。因为有源半导体材料相对于硅波导遥远地设置，所以可能的是所产生的光相对于无源组件的位置相对地不变化。再者，可能的是所产生的光与有源半导体材料的重叠相对小，这与混合的操作模式是同时的(concurrent)，即具有相对较小的有源模式的主无源模式。这样的混合操作模式可导致相对较高的阈值电流和较低的光学输出水平。
[0014]US 2008/0198888 Al公开了在硅波导上接合化合物半导体的方法，用于获得硅基板之上的激光器。该文件有关于基于化合物半导体材料系统的光源相对于硅基板的异质集成，而不是单片集成。
[0015]US2009/0245298A1公开了一种硅激光器混合集成装置，包括:在顶表面中包括至少一个波导的绝缘体上硅基板；以及包括增益层的化合物半导体基板，该化合物半导体基板经受了量子阱混合工艺，其中化合物半导体基板的上表面接合到绝缘体上硅基板的顶表面。该文件涉及化合物半导体基板的表面相对于绝缘体上硅基板的混合/异质集成，而不是单片集成。根据所制造结构的指数对比，可能的是，激光源/化合物半导体组件产生的光主要限定在硅中而以相对小的比例限定在化合物半导体内，其可用于限制激光器的效率且产生相对增加的功耗。
[0016]US5703896公开了一种用于发射变化颜色光的设备，包括:激光层，由结晶硅量子点形成，结晶硅量子点形成在氢化硅的隔离矩阵中；所述量子点形成在三个块(patche)中；所述三块的每一个其中具有不同尺寸的量子点，以因此产生三种不同颜色的光；在所述激光层下方的P型半导体的阻挡层，所述P型半导体选自组GaP、SiC、GaN、ZnS ;在所述阻挡层下方的基板构件；在所述激光层上方的η型半导体层，所述η型半导体层选自组GaP、SiC、GaN、ZnS ;在所述基板构件下方的正电位接触，三个负电位接触；所述三个接触的每一个为在所述三个斑点的不同块之上；所述三个接触的每一个与所述正接触一起作用以选择性对三个块的不同斑点加偏压；围绕所述三个块的同心光栅的三个部分；所述部分的每一个具有对应于由所述三个块的相邻一个产生的彩色光的径向周期；并且所述部分的每一个共振由所述相邻块发射的光子以激发相干光发射。该文件有关于在硅中制造硅量子点。它没有设法解决基于诸如II1-V材料系统的化合物半导体的光源/激光源相对于光学结构(诸如基于硅平台的光子结构和/或光波导)的单片集成。
[0017]US2007/0105251公开了一种激光器结构，包括:至少一个有源层，包括掺杂的Ge，以由Ge的直接带隙产生约1550nm的光发射；第一限制结构，设置在所述至少一个有源层的顶部区域上；以及第二限制结构，设置在所述至少一个有源层的底部区域上。这篇文档描述了在硅平台上的激光器的制造以及使用。增益介质(gain medium)看起来是以训练的以及掺杂的锗为基础，其模仿直接带隙材料，而不是诸如II1-V族材料系统的化合物半导体材料系统。某些腔的设计，例如垂直腔自发射激光器(VCSELs)在所讨论的公开中被构思。该文档看来并未在如何解决此前所描述的混合/异质集成光学系统中相关的问题。
[0018]US2007/0104441公开了一种集成光电探测器设备，包括:(a)基板，包括设置在基底层之上的第一覆层，基底层包括第一半导体材料，第一覆层限定延伸到基底层的开口 ；(b)光波导，包括第一半导体材料且设置在基板之上；以及(C)光电探测器，包括第二半导体材料，外延生长在基底层之上至少在开口中，光电探测器包括光学耦合到波导的本征区域，本征区域的至少一部分延伸在第一覆层之上且与波导横向对准。所公开的制造方法有关于锗光电探测器，其横向耦合到多晶波导且通过专用的、多步骤的对准程序与多晶波导对准。该文件没有设法解决如何使化合物半导体基光源可相对于基于硅平台的集成光学单片集成。
[0019]US2010/0295083A1公开了一种包含硅层的多层结构，包含至少一个波导，一绝缘层，以及在晶格上与Group II1-V化合物在晶格上相兼容的层，该晶格兼容层与绝缘层的一个面接触，绝缘层相对于晶格兼容层的面与硅层相接触。硅以及该绝缘层包含以下中的全部或者其一:至少一个填充了材料的连续空穴从而所构成的光探测区域；至少一个填充了材料的连续空穴从而所构成的光源区域。在这篇文献所公开的多层晶片结构按照降序排列依次(in descending order)包括:表面娃层，二氧化娃层，晶格兼容层，掩埋氧化物层，以及娃衬底。表面娃核心层被构成为包括波导结构以及包括披覆层(cladding layer)的二氧化硅层。表面硅层以及二氧化硅层被构成为包括延伸至晶格兼容层上表面的空腔。该空腔内填充材料，从而便利包括光源区域和/或光学探测区域的光学活动组件(opticallyactive aspect)。晶格兼容层充当用于生长光源区域以及光探测器区域的模板，其最好包括锗。对于包括锗的晶格兼容层，如本文档所认可的:由于晶格失配形成的失配错位(misfit dislocat1ns)的原因，娃上高质量外延锗的生长是不小的，因此，执行后续的/任何处理步骤都应旨在避免引起锗表面的损伤或在后移除这个损伤，原因在于，锗上的同质外延/异质外延需要好的结晶模板。此外，晶格兼容层必须被结合到上部二氧化硅层，这会增加处理步骤的数目和/或本文档中所公开的器件制造的复杂度。该文档还提供了以下教导:由于光学有源材料(optically active materials)，例如II1-V化合物，会冒着污染以及损害硅器件制程的风险，需要在准备光源和光探测器区域之前完成任何电子电路以及硅层中波导的合并(incorporat1n)，在用于合并这样的电子电路和/或该波导结构的处理步骤中，不应该超过用于晶格兼容层的材料的熔点。
[0020]因此，一个挑战在于，提供一用于任何光学应用中能够提供改进性能的半导体设备，特别是在较低的阈值电流和/或较高的光输出功率方面，能够超过先前提出的光学系统，例如，那些以上所讨论的基于异质/混合的集成光学系统。另一个挑战在于，就半导体器件而言，一个以化合物材料系统(compound material system)，例如II1-V材料系统，为基础的光学有源组件(optically active aspect)是直接并且单片的集成在例如以娃为基础的集成光学平台上。
【发明内容】
[0021]根据本发明第一方面的实施例，提供一种半导体装置，用于在至少一个光学应用中使用，包括:至少一个实质上以光学无源模式可操作的光学无源组件；以及至少一种光学有源材料，包括实质上以光学有源模式可操作的至少一种材料，其中所述光学无源组件进一步包括至少一个结晶籽晶层(crystalline seed layer)，所述光学有源材料在至少一个所述光学无源组件中提供的预限定结构中外延生长以延伸至所述结晶籽晶层的至少一个上表面中，并且所述光学无源组件被构成为包括至少一个无源光子结构。所述结晶籽晶层包括结晶晶片或由晶片组成。所述光学有源材料(optically active material)包括或由下列项目中的至少一种组成:II1-V材料和I1-VI材料。
[0022]根据一个实施例，所述光学无源组件继在所述预限定结构中生长所述光学有源材料之后被构成为包括所述无源光子结构。
[0023]在本发明的实施例中，形成光/激光源基础的所述光学有源材料生长在光学无源组件中提供的预限定结构中。由所述光学有源材料生成的光被光耦合到光学无源组件的光子结构并且被传输和/或引导至希望的位置。由于光学有源材料在具有选定材料和/或层结构的光学无源组件中生长，可以获得在增益介质中所产生的光以及光传输/引导材料和/或其特征的大量增加的重叠。因此，在本发明的实施例中，相比于先前提出的装置，可获得更高的材料增益以及增加的模增益。由于增加的模增益，较低的阈值电流以及通过光学有源材料实施的光/激光源的光学性能的增加，可有利于本发明的实施例。因预限定结构被提供为向上延伸至结晶籽晶层(为光学有源材料提供结晶模板)的至少一个上表面，本申请实施例的进一步的特征的优势是易于实施。因此，提供预限定结构不需要相应的接合和/或对准工艺。光学无源组件还可被表示为半导体装置的光学无源区域。
[0024]如前述任何一项权利要求所述的半导体装置(I)，其中所述预限定结构延伸至所述结晶晶片(4)中。
[0025]如前述任何一项权利要求所述的半导体装置(I)，其中所述预限定结构的宽高比大于1，更优选地，大于3，所述预限定结构的宽高比是所述预限定结构的高度与其宽度/直径的比。
[0026]优选的所述预限定结构包括相对于光学无源组件形成的电介质孔，所述光学无源组件是在所述预限定结构中生长所述光学有源材料之后形成。在本发明实施例中，所述预限定结构形成在光学无源组件中。关于所述预限定结构的外侧壁，光学无源组件可包括多层结构，其中，每个层可包括各自的电介质材料，并且其中的一个材料比另一个材料的反射率低。在本发明的实施例中，所述电介质孔的结构特征和/或材料成分可被选择从而支持所述光学有源材料生成的光更有效率的从所述预限定结构光耦合至光子结构，并且减少通过光子结构传输/引导至希望位置的光的损失。通过这种方式，可有助于较低的阈值电流以及较高的光学输出功率，这会将改进的装置性能的优势延伸至本发明实施例中。就此而言，该电介质孔希望的包括以下所列项目中的至少一种:娃、锗、砷化镓、铺化镓、氮化镓、磷化铟、铟铝砷化物、铟砷磷化物、铟镓磷化物、磷化镓、铟镓砷化物、铟镓砷磷化物、氧化铝、五氧化钽、二氧化給、二氧化钛、二氧化娃、氮化娃和氧氮化娃。
[0027]优选的，所述光学有源材料被实施为包括以下所列项目中的一项的发光结构:激光器、发光二极管、超级发光二极管以及半导体光学放大器。因所述光学有源材料可被实施为具有不同形式的发光结构，该特征将多功能应用的优势延伸至本发明实施例中。
[0028]希望地，预限定结构是沟槽、孔或其组合。预限定结构是关于光学无源组件提供的结构特征，并且在本发明的实施例中选择为沟槽、孔或其组合。因为这样的特征可关于位置和/或结构特征相对容易和/或精确地提供，所以它们延伸至本发明的实施例的易于实施以及多功能性的优点，这是由于其形状和/或尺寸(典型地在10纳米至10微米的范围内)可适合于目标特定装置。
[0029]优选的，所述预限定结构的至少一个结构特征被选择从而培育所述光学有源材料
(3)的希望的外延生长。在所述预限定结构中外延生长所述光学有源材料之后构成所述光学无源组件，从而提供希望的光学有源材料的光学耦合。通过对预限定结构的一个或多个结构特征(诸如其宽度、高度和/或形状)适当选择，外延生长和/或光学有源材料到光学无源组件的光学耦合可被进一步改善和/或提供例如适于本发明实施例的应用。此外，可通过这样的选择解决光学有源材料和光学无源组件所用的各自的材料/材料系统之间的任何晶格失配。
[0030]希望的，在光学无源组件的给定位置提供预限定结构。关于光学有源材料与光学无源组件的光学耦合，光学有源材料本地生长在预限定结构中而不是生长在光学无源组件的整个表面上。例如，预限定结构可形成在光学无源组件的预期通过光学有源材料集成激光源/光源的位置。本发明实施例的该特征可延伸本发明实施例易于设计、制造和实施的优点，因为光学有源材料按希望的那样相对于光学无源组件提供而不是一般地提供，后者需要进一步的工艺步骤从预限定结构之外的那些区域去除光学有源材料。
[0031]根据实施