光发射器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光发射器。
【背景技术】
[0002]光线于一光集成电路内传导，且此光线经由在此光集成电路上的一光栅达成一行进角度变换而耦合至一外部媒介。此光集成电路因此可免除传统的芯片切割及抛光而在晶圆(圆片)上做测试，因而降低其封装或测试的成本。
[0003]此外，传统光发射器(如激光二极管)的高速调变方式大多是使用外部调变器，所以对于封装及调变速度而言，仍有改进之处。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种可提升调变速度的光发射器。
[0005]为达成本发明上述目的，本发明提供一种光发射器，包含:一干涉区，形成于一第一反射区及一第二反射区之间且沿着一第一方向延伸；一第一电极及一第二电极电性耦合至该干涉区且在施加电场之后可将载子注入干涉区，以使干涉区产生光线；一第三电极电性耦合至该干涉区，经由在该第一及第三电极间、或在第二及第三电极间、或上述组合施加电场，即可调变在干涉区结合的载子量；其中在该干涉区产生的光线沿着该第一方向共振且由一第二方向射出该干涉区，该第二方向不同于该第一方向。
[0006]在本发明光发射器的部分实施例中，更包含:一光栅区耦合至该干涉区且可将光线由该第二方向导离该干涉区。
[0007]在本发明光发射器的部分实施例中，该第二方向大致垂直该第一方向。
[0008]在本发明光发射器的部分实施例中，该干涉区包含至少两种不同三五族半导体材料，且该第一电极与该第三电极是实体接触该干涉区的不同材料。
[0009]在本发明光发射器的部分实施例中，更包含一介电层形成于该第三电极及该干涉区之间，该第三电极是经由一电容效应以调变在该干涉区结合的载子量。
[0010]在本发明光发射器的部分实施例中，该第一反射区或该第二反射区包含一全反射角镜面，一分布式布拉格反射镜(DBR)，一色散镜面，一波导回圈反射镜，或一金属镜面。
[0011 ] 在本发明光发射器的部分实施例中，该第一电极、该第二电极或该第三电极包含一导电层及一半导体掺杂区。
[0012]在本发明光发射器的部分实施例中，该第三电极是依序施加至少两种不同电压位准。
[0013]在本发明光发射器的部分实施例中，该光栅区的光栅周期大致匹配该干涉区内光线的一干涉周期。
[0014]在本发明光发射器的部分实施例中，该光栅具有光栅谷或是光栅峰，且该光栅的晶格向量可使该干涉区的同相位反节点的位置和光栅谷及/或光栅峰的位置大致上匹配。
[0015]在本发明光发射器的部分实施例中，该干涉区的等效折射率是低于该光栅区的等效折射率。
[0016]在本发明光发射器的部分实施例中，该第三电极与该干涉区的一部分接触，且该接触部分不与光栅区重叠。
[0017]在本发明光发射器的部分实施例中，其中由该光栅区所发射的光可至少穿透过部分的第三电极。
[0018]为达成本发明上述目的，本发明提供一种形成光发射器的方法，包含:形成一干涉区及一光源区，其中该光源区至少一部分崁入该干涉区；在该干涉区的两相对端形成一第一反射区及一第二反射区，其中该第一反射区及一第二反射区大致位于相同的平面表面；
[0019]形成至少三个电极，电性耦合至该干涉区，藉由改变该三个电极之间的相对电场，可控制在该干涉区内的载子量；其中由载子结合产生的光线在该干涉区内沿着一第一方向共振，且由一第二方向出射，其中该第二方向不同于该第一方向。
[0020]在本发明光发射器形成方法的部分实施例中，更包含在该干涉区形成一光栅区，该光栅区在该第一反射区及该第二反射区之间。
[0021]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
【附图说明】
[0022]图1A为本发明一实施例的光集成电路示意图；
[0023]图1B, 1C, ID显示光耦合器示意图；
[0024]图2显示干涉波型示意图；
[0025]图3A-3E显示光栅图案示意图；
[0026]图4A-4F显不和一光源结合的光親合器不意图；
[0027]图5A-5K显示依据本发明的光发射器结构示意图；
[0028]图6A-6G显不依据本发明的具有上侧调变机制光发射器不意图；
[0029]图7A-7C显示依据本发明的具有背侧调变机制光发射器示意图；
[0030]图8A-8C显不和一光检测器结合的光親合器不意图；
[0031]图9显示和pn接面结合的光耦合器示意图；
[0032]图10A-10B显示具有多个输出端口的光耦合器示意图；
[0033]图11显示用于封装的光耦合器示意图；
[0034]图12A-12E显示反射区的范例；
[0035]图13显不一光親合器的流程不意图；
[0036]图14显不制作一光親合器的流程不意图；
[0037]图15显示制作一光发射器的流程示意图。
[0038]在本发明附图中，类似的图号代表类似的元件，再者，本发明说明书所述各实施例仅为说明用，而非为限定本案保护范围。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:
[0040]图1A为本发明一实施例的光集成电路不意图，其包含一以光栅为基础的光親合器，以使光线可耦合进出此光集成电路100。具有大致上垂直出射的光耦合器可有利于做表面射出/接收光电元件的界面，且可减少因为非垂直架构的封装成本及复杂度。
[0041]此光集成电路100包含一或多个制作于一基板(substrate) 116上的光学元件。该些光学元件包含一波导区102，一第一反射区106、一干涉区110、一第二反射区114及一光栅区120。此基板116可为任何适于制作光集成电路的基板。例如，此基板116可为硅晶圆、绝缘层覆硅(SOI)晶圆、如砷化镓(GaAs)或是磷化铟(InP)的类的II1-V晶圆或是玻璃晶圆。再者，此基板116也可为在集成电路上所覆盖的一层主动或是被动材料。例如，此基板可为在另一光集成电路上所覆盖的一层主动或是被动材料。
[0042]此波导区102的架构可使光线局限于一或多个维度，以导引光线行进于一特定方向。依据一些实施方式，此波导区102可局限光线于一个维度。例如此波导102可为将光线局限于z方向的平板波导(slab waveguide)。依据一些实施方式，此波导区102可局限光线于两个维度。例如此波导区102可为脊形波导(rib waveguide)或是通道波导(可将光线局限于y及z方向)，以使光线可沿着X方向(如箭头122所示)行进。所谓“沿着X方向“可指双向(±χ方向)或是单向(+X或是-X方向)。再者，若光线在一多模光纤内沿着X方向行进，虽然部分光线是在光纤内沿着锯齿方向行进，但是光线的总体方向仍可视作沿着X方向。
[0043]大体而言，第一反射区106及第二反射区114是用以反射入射光。例如在波导区102的光线入射到一界面104，部分光线反射回波导区102，而部分光线会射入此第一反射区106。类似地，在第一反射区106的光线入射到一界面108，部分光线反射回第一反射区106，而部分光线会射入干涉区110。类似地，在干涉区110的光线入射到一界面112，部分光线反射回干涉区110，而部分光线会射入一第二反射区114。依据一些实施方式，一反射区(亦可称为反射器)可为两个具有不同折射率介质之间的界面。
[0044]依据不同设计，被反射器所反射的光线比例可由O到百分之百。依据一些实施方式，此第一反射区106及第二反射区114可为高反射性；例如此第二反射区114镀上如铝之类的金属以达成高反射率。依据另一实例，光线可以超出临界角方式入射到第二反射区114，以使光线以全反射方式反射。依据另一实例，此第二反射区114可为布拉格(Bragg)反射器以在一特定波长范围提供高反射率。依据另一实例，此第一反射区106可包含一或多个使波导区102及干涉区110分开的缝隙。依据另一实例，此第一反射区106可为分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg reflector/DBR)结构。依据另一实例，此第一反射区106可为异常色散(anomalous dispersive mirror)镜面，此镜面沿着x方向有多个高/低折射率层状结构，以补偿干涉区的波长相关光相位及达成较宽的操作频宽。
[0045]依据一些实例，此第一反射区106及第二反射区114可为部分透射及部分反射；例如此第一反射区106的架构可达成:(i)将一部分入射光反射；及(ii)将另一部分的入射光透射。部分反射(partially reflective)的反射器可藉由在对应的反射区上沉积介电材料(此介电材料的折射率小于波导区102材质的折射率)而实现。依据Fresnel方程序即可计算反射及透射光的百分比。
[0046]大体而言，干涉区110是作为在波导区102及第二反射区114之间形成且具有腔体长度LCavity的腔体。依据一些实例，第一反射区106可形成于波导区102及干涉区110之间，其中腔体长度LCavity即为第一反射区106及第二反射区114之间长度。依据一些实例，此波导区102的等效折射率(effective refractive index)可与干涉区110的等效折射率大致上相同。例如波导区102及干涉区110可制作于硅中且具有在y-z截面相同的波导尺寸。在此情况下，此波导区102的等效折射率就与干涉区110的等效折射率相同。依据另一实例，例如波导区102及干涉区110可制作于硅中且具有在y-z截面不同的波导尺寸。在此情况下，此波导区102的等效折射率就与干涉区110的等效折射率不尽相同，然而只要折射率差异所造成的效能劣化(如光损失)是在目标用途所能接受的容许范围内，此波导区102的等效折射率仍可视为与干涉区110的等效折射率大致上相同(substantiallyequal)。
[0047]此干涉区110是用以结合由入射光及反射入射光所合成的一干涉光。例如在干涉区110中可有于第一反射区106及第二反射区114之间的驻波。为了在干涉区110形成干涉波，需选择腔体长度LCavity及光栅区120参数，以使入射光可到达第二反射区114及被第二反射区114所反射，而不会在由第一反射区106到第二反射区114的第一次传递(firstpass)即完全衰减。在一些实施方式，可采用部分局限，亦即干涉光部分会穿过第一反射区106而回到波导区102，且/或是一部分的干涉光会穿过第二反射区114。对于由入射光及反射入射光所合成的干涉光的叙述，将配合图2而更详细说明。
[0048]在一些实施方式，干涉区110的光学路径长度可大于导光波长；在另一些实施方式，干涉区110的光学路径长度可小于导光波长。例如对于由硅制作(折射率3.45)且长度为0.4μπι的干涉区110，此干涉区的光学路径长度则为0.4 μmX3.45 = 1.38 μπι。若导光波长为1.55 μ m，则干涉区的光学路径长度小于导光波长。在此状况下，具有波长1.55 μ m的光线可藉由在干涉区110局限光(部分局限)的衰减光场(evanescent field)而親合到光栅区120。
[0049]一般而言，具有光栅长度LeratilJ^光栅区120是用以将光集成电路100的至少部分光耦合到外部媒介130，或是将外部媒介130的至少部分光耦合到光集成电路100。在某些实施方式中，光栅长度小于腔体长度Leavity。在某些实施方式中，光栅长度Ltoating可等于腔体长度Ltoity。在某些实施方式中，光栅长度1^_可大于腔体长度L&vity。例如，此光栅区120可制作于干涉区110之上，但光栅区120的一部分延伸到波导区102，及/或延伸到第一反射区106，及/或延伸到第二反射区114。在本发明说明书中，若叙述光栅是在一区域上形成或是制作，则表示此光栅是形成于此区域之上，或是此光栅至少部分崁入此区域中。例如，此光栅可以藉由蚀刻其所覆盖的区域而形成。
[0050]在一些实施方式中，此干涉区110及此光栅区120可有相同的材料成份。例如此光栅区120可由在干涉区110的表面直接蚀刻出光栅图案而形成。在一些实施方式中，此干涉区110及此光栅区120可有不同的材料成份。例如，此光栅区120可由在硅干涉区110上沉积二氧化硅，随即在二氧化硅表面上蚀刻出光栅图案而制作氧化物光栅。依据另一实例，可在干涉区110表面沉积金属并随后进行蚀刻以形成金属光栅，藉此制作光栅区120。依据另一实例，可在具有较低折射率的干涉区110表面上沉积高折射率材料以使光场可被吸引至光栅侧，藉此制作光栅区120。此低折射率材料可为磷化铟，而高折射率材料可为硅。
[0051]一般而言，光栅区120可将光线由一第一方