專利名稱：具有電可調(diào)傳遞功能的半導(dǎo)體光電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有電可調(diào)光譜傳遞功能的半導(dǎo)體光學(xué)裝置，尤其是“微光電機(jī)械”(micro-opto-électro-mécanique)裝置，其縮寫為MOEM。
這類裝置在Chang-Hasnain等人的專利US 5629951及US5771253中特別描述過。準(zhǔn)確地講，它們包括一底布拉格反射鏡和一頂布拉格反射鏡，所述鏡由不同折射指數(shù)的半導(dǎo)體材料交疊而成。兩布拉格反射鏡之間由半導(dǎo)體隔離層分隔開，形成充滿空氣的Fabry-Pérot型垂直腔。其中一鏡在靜電作用下可變形，以改變氣腔厚度，從而改變Fabry-Pérot腔的光譜特性。因此，該結(jié)構(gòu)可作為波長(zhǎng)可調(diào)濾波器、或光電檢測(cè)器又或如波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器。
這些裝置必須使布拉格反射鏡之一的各層一同移動(dòng)，因而，考慮到所述懸空結(jié)構(gòu)的機(jī)械剛性，必需相對(duì)較強(qiáng)的電場(chǎng)。另外，它們只能確保單一的信號(hào)光學(xué)處理功能(可調(diào)濾波)，這限制了其在高度集成的光電子元件中的使用。
本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)上面所述的全部或部分缺陷。
為此，它所提出的一種半導(dǎo)體裝置包括至少三個(gè)選定形狀的半導(dǎo)體層及兩空氣隙交替疊放；這些半導(dǎo)體層包含有“N”或“P”型摻雜劑，相鄰層的摻雜劑相同或不同，所述半導(dǎo)體層之間由未特意摻雜的半導(dǎo)體隔離層(“I”型)分隔開，以確定有空腔的PINIP或NIPIN結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)PIN型子結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體層適于分別承受選定的電勢(shì)。
另外，在該裝置中，這樣選擇各層和各隔離層的厚度、組成及摻雜劑，使得所述結(jié)構(gòu)具有至少一種適于待處理的光并可根據(jù)半導(dǎo)體層的選定電勢(shì)進(jìn)行調(diào)節(jié)的光傳遞功能。
若為NIPIN或PINIP型結(jié)構(gòu)，既參與構(gòu)成PIN子結(jié)構(gòu)(結(jié))又參與構(gòu)成NIP子結(jié)構(gòu)的各半導(dǎo)體層可沿一個(gè)方向或兩相反方向移動(dòng)，以改變所述子結(jié)構(gòu)的傳遞功能，或所述結(jié)構(gòu)的傳遞功能。為此，待移動(dòng)層只需在兩不同類型(NIP及PIN)的子結(jié)構(gòu)的分界面處，并合適地選擇各子結(jié)構(gòu)的偏壓即可。在結(jié)構(gòu)中添加任何一PIN或NIP子結(jié)構(gòu)，則可增加可被移動(dòng)的層的數(shù)量，因而增加可調(diào)光譜傳遞功能的數(shù)量。
因此，各半導(dǎo)體層和隔離層的厚度及組成這樣選擇，使所述結(jié)構(gòu)能根據(jù)選定的交替順序，保證一種或幾種可調(diào)傳遞功能，這些功能適合至少包括波長(zhǎng)濾波、換向(commutation)及調(diào)諧(accordabilité)的功能(或其它功能)。
若為NIPIN型(或PINIP型)結(jié)構(gòu)，其間夾有P型(或N型)中間層的兩N型(或P型)端層有利地處于不同電勢(shì)下，使得所述結(jié)構(gòu)形成兩串聯(lián)子結(jié)構(gòu)PIN及NIP，所述兩子結(jié)構(gòu)分別被加以反向和順向偏壓。在此情況下，傳遞功能的調(diào)節(jié)是這樣實(shí)現(xiàn)的通過改變分別施加在PIN和NIP子結(jié)構(gòu)上的偏壓，使N型(或P型)中間層相對(duì)于兩P型(或N型)端層“朝上或朝下”(電動(dòng)機(jī)械)移動(dòng)。
可以想出不同的及/或更復(fù)雜的實(shí)施例。所述裝置尤其可包括一個(gè)(或多個(gè))特意N型(或P型)摻雜的附加半導(dǎo)體層，所述附加層位于PINIP或NIPIN結(jié)構(gòu)的一N型(或P型)層的上游或下游部位，由未特意摻雜的“I”型或有N或P型摻雜的隔離層將其與該層分隔開，以形成例如NIPINIP或PINIPIN、或NIPPPIN或PPPINIP或PINNNIP、又或NNNIPPPIN或PPPINNNIP型的新結(jié)構(gòu)。
這樣，就形成了多功能裝置，具有多種適合波長(zhǎng)濾波、換向及調(diào)諧或類似功能的可調(diào)傳遞功能。
所述裝置的至少一個(gè)半導(dǎo)體層可以是有源的，以使所述裝置適合檢測(cè)或產(chǎn)生光。
另外，所述裝置的結(jié)構(gòu)可形成于一襯底上，襯底和該結(jié)構(gòu)之間可夾有一定尺寸及摻雜的隔離層。
最好，半導(dǎo)體層和隔離層采用III-V型材料實(shí)施，特別是砷化鎵(GaAs)或磷化銦(InP)。此外，這些半導(dǎo)體層和隔離層最好通過外延附生技術(shù)結(jié)合選擇性化學(xué)腐蝕技術(shù)來實(shí)施。
本發(fā)明的其它特征及優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)于后文中參照附圖進(jìn)行的更詳細(xì)的描述。附圖中——

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一裝置的透視簡(jiǎn)圖，所述裝置為PINIP型，適于換向，——圖2A和2B為圖1中所示裝置的一部分的橫剖面圖，分別為未偏壓、已偏壓狀態(tài)，——圖2C示出了圖2A(實(shí)線)和2B(虛線)中裝置的傳遞功能，——圖3A至3C為本裝置的一種變型的一部分的橫剖面圖，分別為未偏壓、第一偏壓和第二偏壓狀態(tài)，——圖4示出了圖3A至3C中裝置的傳遞功能，——圖5A和5B為本裝置另一種變型的一部分的側(cè)視圖，分別為未偏壓、已偏壓狀態(tài)，其中各層中有一有源層。
所附各圖基本上具有特定的特征。因此，它們不僅用于齊備本發(fā)明，必要時(shí)還限定本發(fā)明。
首先參照?qǐng)D1描述根據(jù)本發(fā)明的一裝置的第一實(shí)施例，該裝置用于對(duì)外部光線進(jìn)行光學(xué)處理。
在如圖1所示的實(shí)施例中，裝置包括三個(gè)半導(dǎo)體層，其中兩端層1、2夾著中間層3。這些層的形狀最好大致相同。在圖示實(shí)施例里，各層包括形狀大致為矩形的兩端部4、5，它們之間通過薄片6-i(此處，i＝1-3)相連，而所述薄片的中間部分有一加寬部7。
相鄰層由分隔層(或隔離層)8、9隔開。更準(zhǔn)確地講，這些隔離層8、9形成于半導(dǎo)體層1-3的端部4、5處，以使其薄片6-i懸空而由空氣隙相互隔開。
這樣，端層1、2的各端部薄片6-1、6-2同中間薄片6-3限定了一垂直腔10-1、10-2，其高度H1、H2由隔離層8、9的厚度確定。
如圖所示，這種結(jié)構(gòu)最好形成于一半導(dǎo)體襯底13之上，襯底和該結(jié)構(gòu)之間夾有隔離層14，以使端部薄片6-2以確定距離(等于隔離層14的厚度)懸空在襯底13之上。這種裝置可連接到用于引入待處理光并收集處理過的光的耦合裝置(如光纖耦合裝置)。根據(jù)本發(fā)明，層1-3和隔離層8、9、14采用半導(dǎo)體材料、最好是III-V型半導(dǎo)體材料來實(shí)施。例如砷化鎵(GaAs)或磷化銦(InP)，或布置在InP襯底上面的InGaAs/InP或InAlAs/InGaAlAs型異質(zhì)結(jié)構(gòu)、或布置在GaAs襯底上的AlAs/GaAs型異質(zhì)結(jié)構(gòu)、又或GaAs襯底上的InGaP/GaAs型異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
當(dāng)然，這些材料只形成最佳實(shí)施例。
在圖1所示的實(shí)施例中，夾著半導(dǎo)體中間層3的半導(dǎo)體端層1、2特意摻加有N型或P型雜質(zhì)，半導(dǎo)體中間層3特意摻加有P型或N型雜質(zhì)，這樣，相鄰兩層的摻雜劑類型互不相同。此外，隔離層8、9采用未特意摻加雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料(I型)來實(shí)施，這樣，當(dāng)半導(dǎo)體端層1和2為P型時(shí)，裝置構(gòu)成PINIP型結(jié)構(gòu)，當(dāng)兩端層為N型時(shí)，裝置為NIPIN型結(jié)構(gòu)。襯底13及隔離層14最好為I型。
如此形成的結(jié)構(gòu)由兩子結(jié)構(gòu)PIN和NIP構(gòu)成，它們有一公共層，即中間層3。換言之，在PINIP型結(jié)構(gòu)中，子結(jié)構(gòu)PIN與子結(jié)構(gòu)NIP共有N型摻雜層，而NIPIN結(jié)構(gòu)中，子結(jié)構(gòu)NIP和子結(jié)構(gòu)PIN共有P型摻雜層。
顯然，各子結(jié)構(gòu)PIN或NIP因而構(gòu)成本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的PIN結(jié)。
為便于理解本文，后文中姑且認(rèn)為，在PINIP結(jié)構(gòu)里，PIN結(jié)在NIP結(jié)上方。即，P型端部薄片6-1為上薄片，而同為P型的端部薄片6-2為下簿片。
各半導(dǎo)體層和隔離層1、3、14的厚度和組成，因此還有腔10-1和10-2的高度H1、H2，需根據(jù)裝置的工作波長(zhǎng)、需實(shí)施的傳遞功能來確定。例如，如圖2A所示(其中未嚴(yán)格按比例)，半導(dǎo)體端層1、2及半導(dǎo)體中間層3的光學(xué)厚度可以約為kλ/4，其中k為一奇數(shù)，而兩腔10-1和10-2的各高度H1和H2約為5λ/4(如圖2A)。隔離層14的厚度則等于λ/2。在此條件下，所述結(jié)構(gòu)形成λ波長(zhǎng)的布拉格反射器(鏡)。
比如，要使裝置作為換向器工作，只需調(diào)節(jié)其傳遞功能，使其從保證反射鏡功能的靜止?fàn)顟B(tài)(如圖2A)轉(zhuǎn)換到確保發(fā)送器功能(如圖2B)的狀態(tài)即可，反之亦然。
根據(jù)本發(fā)明，調(diào)節(jié)傳遞功能可通過使至少一簿片6-i、最好為中間簿片6-3的電動(dòng)機(jī)械移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。要確保該簿片移動(dòng)，所述簿片的厚度例如為λ/4，而簿片6-1和6-2厚度為3λ/4。
該移動(dòng)可通過選擇各腔10-1、10-2的偏壓，即選擇分別施加于所述結(jié)構(gòu)的各半導(dǎo)體層的電勢(shì)來實(shí)現(xiàn)。
事實(shí)上，如圖2A所示，未偏壓時(shí)，中間簿片6-3處于靜止位置(或平衡位置)。相反，如圖2B所示，當(dāng)PIN結(jié)(由頂層1和中間層3構(gòu)成)被加以反向偏壓，同時(shí)NIP結(jié)(由中間層3和底層2構(gòu)成)被加以順向偏壓時(shí)，整個(gè)電場(chǎng)由PIN結(jié)形成的頂腔10-1來承受。中間簿片6-2因而被上簿片6-1拉動(dòng)取決于施加給各層的電勢(shì)及各腔的特征的一定距離。由于兩子結(jié)構(gòu)PIN和NIP是串聯(lián)的，只需賦予簿片6-1一相對(duì)于簿片6-3的負(fù)電勢(shì)，就能實(shí)現(xiàn)所述的偏壓條件。如果將該偏壓顛倒，即賦予簿片6-3一相對(duì)于簿片6-1的負(fù)電勢(shì)，則電場(chǎng)施加在底腔10-2上，簿片6-2被簿片6-3拉動(dòng)。
作為舉例，當(dāng)中間簿片6-3的垂直位移約為λ/4(如圖2B)，頂腔10-1的高度H1約等于5λ/4時(shí)，則在以上所述的第一種偏壓情況下，腔的新高度H’1則變?yōu)?λ/4-λ/4，即λ。同樣，底腔10-2的高度H2變?yōu)镠’2，為5 λ/4+ /4，即3λ/2。在此偏壓條件下，所述結(jié)構(gòu)由反射鏡狀態(tài)轉(zhuǎn)換成大波長(zhǎng)范圍發(fā)送器狀態(tài)，因而使其可作換向器使用。
圖2C示出了靜止(圖2A，實(shí)線)、偏壓(圖2B，虛線)時(shí)所述結(jié)構(gòu)對(duì)波長(zhǎng)配置λ＝1.55μm的波長(zhǎng)的傳遞功能；襯底及懸空簿片為InP，隔離層為In0.45Ga0.49As。
所述結(jié)構(gòu)的其它實(shí)施方式可實(shí)現(xiàn)多種其它功能。如，可用一個(gè)裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬帶或窄帶波長(zhǎng)濾波功能的裝置，以及換向和波長(zhǎng)調(diào)諧功能。
調(diào)諧及換向由施加給各半導(dǎo)體層的偏壓電壓來控制。
僅靠同一結(jié)構(gòu)就可確保實(shí)現(xiàn)多種功能是本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)。為此，可在圖1、2所示的PINIP型結(jié)構(gòu)(或另一類三層結(jié)構(gòu)如NIPIN)中，在端層1、2的上游及/或下游部位，增添一個(gè)或幾個(gè)附加半導(dǎo)體層，如圖3A-3C、5A和5B舉例所示。
更詳細(xì)地講，在如圖3A所示的實(shí)施例里，最初為PINIP型的結(jié)構(gòu)在P型頂層1的上游(上方)有一第一半導(dǎo)體層11，所述層有特意N型摻雜，由未特意摻雜的半導(dǎo)體隔離層12(I型)將其與所述頂層1分隔開，在所述第一層11之上，又有特意N型摻雜的第二半導(dǎo)體層15，由特意N型摻雜的半導(dǎo)體隔離層16將其與所述層11隔開。另外，所述結(jié)構(gòu)在P型底層2的下游(下方)，包括一特意N型摻雜的第三半導(dǎo)體層17，由未特意摻雜的半導(dǎo)體隔離層18(I型)與所述底層2隔開。第一、二、三半導(dǎo)體層11、15、17的尺寸與其它各層1-3的大致相同。
該NNNIPINIPIN型結(jié)構(gòu)在位于頂端的N型摻雜層15與位于底端的同樣為N型摻雜的層17之間，限定了五個(gè)氣腔10-1至10-5。
一方面層15和11的層對(duì)，另一方面層2和17的層對(duì)，構(gòu)成了布拉格反射鏡。
層1-3、11、15及17的光學(xué)厚度約等于kλ/4，其中K為一奇數(shù)，而腔10-1至10-5的厚度H1至H5分別約為5λ/4、λ/4、λ/2、λ/4及5λ/4。如圖4中的透射比曲線(虛線)所示，這種結(jié)構(gòu)，在其未被偏壓時(shí)，為一帶通濾波器，其光傳遞功能可保證傳遞波長(zhǎng)集中在約1550nm的光。
通過對(duì)不同層施加電勢(shì)，或換言之，對(duì)某些結(jié)PIN(或NIP)進(jìn)行偏壓，可移動(dòng)其中一層或幾層，并籍此調(diào)節(jié)所述結(jié)構(gòu)的光傳遞功能。
更準(zhǔn)確地講，如圖3B所示，通過調(diào)節(jié)光學(xué)厚度為H3＝λ/2的中間氣腔10-3的厚度，可改變由該帶通濾波器所傳遞的標(biāo)稱波長(zhǎng)，以傳遞例如波長(zhǎng)集中在約1470nm的光(參看圖4中的左側(cè)曲線)。
所述調(diào)節(jié)這樣實(shí)現(xiàn)把層1的中間部分(簿片6-1)向下移動(dòng)δ高度，把層3的中間部分(簿片6-3)向上也移動(dòng)δ高度，以使腔10-2至10-4的高度H2、H3、H4分別約等于(λ/4)+δ、(λ/2)-2δ和(λ/4)+δ。因此，所述結(jié)構(gòu)可用作一可調(diào)諧濾波器。
另外，如圖3C所示，調(diào)節(jié)光學(xué)厚度H5＝5λ/4的底氣腔10-5的厚度，即削弱布拉格反射器之一的反射性能，這樣可將靜止時(shí)(無偏壓)作為濾波器-其光傳遞功能保證傳遞波長(zhǎng)集中在約1550mn的光-工作的所述結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成反射器，其透射比(傳遞功能)在圖4中以虛線表示。
該調(diào)節(jié)這樣獲得把底層17的中間部分(簿片6-17)向上移動(dòng)λ/4高度，以使腔10-5的高度H5大致等于λ(而非5λ/4)。如此，所述結(jié)構(gòu)可作為換向器工作。
因此，如圖3A至3C所示的結(jié)構(gòu)至少可保證在一個(gè)大的波長(zhǎng)范圍上的可調(diào)諧濾波及換向功能。
此處需注意，由于采用了NNNIPINIPIN型疊放，可以僅使用分別連接到端層15、17及中間層3的三個(gè)電觸點(diǎn)，對(duì)四腔10-2、10-3、10-4、10-5中任何一個(gè)的端子施加加電場(chǎng)所需的偏壓。
推而廣之，在PINIP或NIPIN型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還可考慮其它結(jié)構(gòu)，用至少兩個(gè)同類類摻雜(N或P)半導(dǎo)體層來代替其中至少一個(gè)半導(dǎo)體層(最初為N或P型)，它們之間由和原層有相同摻雜類型(N或P)的隔離層分隔開，且其形狀大致與所述結(jié)構(gòu)各層相同。這樣，可形成例如NIPPPIN、PPPINIP、PINNNIP、NNNIPPPIN或PPPINNNIP型結(jié)構(gòu)。
從圖5A中能更清楚看出，所述裝置還可包括一個(gè)或多個(gè)有源層，以允許生成光或檢測(cè)光，與前述類型的裝置的一種幾種無源功能結(jié)合起來。
在該實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)的頂部包括一PIN型半導(dǎo)體子結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成為P型摻雜頂層1、N型摻雜底層3，兩者之間間隔有未特意摻雜的(I型)隔離層8。該結(jié)構(gòu)在其底部(層3下面)還有兩半導(dǎo)體層19和20，所述兩層有特意N型摻雜，其間以及與所述層3之間由N型摻雜的半導(dǎo)體隔離層21、22隔開。另外，在層20之下與其相靠，所述結(jié)構(gòu)還包括一些有源層，這些有源層形成可從表面發(fā)射激光的垂直腔型激光器23，在該激光器23下面與其相靠，交替疊放形成底布拉格反射鏡24的兩類半導(dǎo)體層。
在該實(shí)施例里，氣腔-半導(dǎo)體層在激光器23之上交替放置，形成頂布拉格反射鏡。此處，腔10-1至10-3的高度H1、H2、H3分別約為5λ/4、λ/4和λ/4。
靜止(未加偏壓)時(shí)，由層1、3、19、20構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的頂部用作反射鏡，由激光器23產(chǎn)生的光被迫從底布拉格反射鏡24射出所述結(jié)構(gòu)(沿箭頭F1)。
相反，當(dāng)以合適的方式對(duì)該結(jié)構(gòu)頂部(形成頂布拉格反射鏡)加以偏壓時(shí)，可迫使一個(gè)(或多個(gè))懸空簿片移動(dòng)，以調(diào)節(jié)腔10-1的高度H1。在如圖5B所示的實(shí)施例中，使層1的簿片6-1向下移動(dòng)約λ/4的高度，以使腔10-1的高度H1的值從5 λ/4變?yōu)棣?。這種對(duì)頂布拉格反射鏡的反射性能的調(diào)節(jié)改變了其傳遞功能，使其具備透射功能。因此，激光發(fā)射最好方向朝上，這樣迫使發(fā)出的光從所述結(jié)構(gòu)頂部沿箭頭F2射出。
在該實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)因而可作為光發(fā)生器和濾波裝置。
根據(jù)本發(fā)明的裝置最好通過外延附生技術(shù)結(jié)合選擇性化學(xué)腐蝕技術(shù)來實(shí)施?？煽紤]不同外延附生技術(shù)，只要它們可將各層厚度控制在原子層厚度的范圍內(nèi)。這些技術(shù)的例子有分子束外延附生(其英文縮寫為MBE)、低壓有機(jī)金屬化合物汽相化學(xué)沉淀(英文縮寫LP-MOCVD)或有壓化學(xué)流外延附生(英文縮寫CBE)。
這些技術(shù)可在原子殼層內(nèi)控制厚度，確保優(yōu)良的結(jié)晶質(zhì)量和界面清晰。另外，它們還可相當(dāng)精確地控制其組成和摻雜劑。最后，它們還可很好地控制殘余機(jī)械應(yīng)力。
此外，還有多種化學(xué)腐蝕技術(shù)，尤其是濕法，這些技術(shù)可對(duì)各懸空部分(簿片)進(jìn)行選擇性微加工。濕法腐蝕技術(shù)例如有針對(duì)InGaAs/InP系統(tǒng)的FeCl3H2O或HFH2O2H2O、針對(duì)InAIAs/InGaAlAS和GaInP/GaAs系統(tǒng)的HClH2O或HClH3PO4，或針對(duì)AlAs/GaAs系統(tǒng)的HF。
當(dāng)然，其中只涉及一些生長(zhǎng)和腐蝕技術(shù)實(shí)施例。
另外，可通過歐姆觸點(diǎn)對(duì)半導(dǎo)體層施加電壓，所述觸點(diǎn)最好由AuGe或Pd-AuGe或Ti-Pt-Au合金來實(shí)施。這些觸點(diǎn)形成于所述結(jié)構(gòu)兩端部層上面，或在所述結(jié)構(gòu)的各半導(dǎo)體層上，或在端層和某些中間層上面。如前所述，使用III-V型材料來實(shí)施半導(dǎo)體層及隔離層尤其有利。事實(shí)上，如前所述，III-V材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的殘余機(jī)械應(yīng)力相當(dāng)微弱，尤其可被控制，這就保證了懸空簿片具有對(duì)其電動(dòng)機(jī)械移動(dòng)必不可少的相對(duì)較大的撓性。
但也可考慮使用其它材料。如晶體硅和多晶硅。晶體硅結(jié)構(gòu)可通過腐蝕二氧化硅層(SiO2)的SOI型技術(shù)來實(shí)施，這種技術(shù)英文稱作“smart cut”。
雖可考慮多晶結(jié)構(gòu)，但因?yàn)闄C(jī)械應(yīng)力不易控制，以及限制了濾波應(yīng)用的光吸收的可能性簿片的撓性不太佳。
此外，目前，硅不能使用在包括有源層的裝置中。因此，它們只能以無源元件的形式使用。
根據(jù)本發(fā)明的裝置具備多種優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠湫〕叽缈稍试S它們應(yīng)用在高度集成的電子元件中。例如，它們可用作GaAs或InP上的可調(diào)諧激光器，或作為諧振或非諧振可調(diào)諧光電檢測(cè)器，或利用其對(duì)一定波長(zhǎng)的換向功能用作調(diào)制器(調(diào)制可以是同步檢測(cè)型，以便檢測(cè)針對(duì)有用的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行，沒有使用削波器時(shí)的那種調(diào)制干擾)。
還可想見其它多種應(yīng)用，如應(yīng)用在光通信、工業(yè)控制(如農(nóng)業(yè)食品)、顯微測(cè)光譜術(shù)領(lǐng)域中，尤其是環(huán)境(氣體的透射或吸收檢測(cè))領(lǐng)域，或醫(yī)學(xué)分析領(lǐng)域中。
一般地，根據(jù)本發(fā)明的裝置特別適合信號(hào)的光學(xué)處理。
本發(fā)明并不局限于以上以舉例方式所描述的裝置的實(shí)施例，它還包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可預(yù)見的各種變型。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體裝置，其特征在于，它包括交替疊放的至少三個(gè)選定形狀的半導(dǎo)體層(1-3)及兩空氣隙，這些半導(dǎo)體層中至少兩層(1，2)有同類型的N或P型摻雜，而至少第三層(3)含有P型或N型摻雜，所述層(1-3)之間分別由選定的相應(yīng)摻雜的隔離層(8，9)分隔開，以確定一氣腔結(jié)構(gòu)(10-1，10-2)，所述結(jié)構(gòu)包括至少兩PIN型子結(jié)構(gòu)，可承受選定的相應(yīng)電勢(shì)，所述層(1-3)和隔離層(8，9)各自的厚度、組成及摻雜劑這樣選擇，使得所述結(jié)構(gòu)具有至少一種適合待處理的光的光傳遞功能，所述功能可根據(jù)施加給半導(dǎo)體層以使其在靜電作用下變形的選定電勢(shì)而調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體層(1-3)和隔離層(8，9)各自的厚度、組成及摻雜劑這樣選擇，使得所述結(jié)構(gòu)具有至少一種可調(diào)傳遞功能，適合至少下述功能之一波長(zhǎng)濾波、換向及調(diào)諧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，它包括至少一個(gè)由兩N型摻雜層夾著一P型摻雜層構(gòu)成的堆疊，所述層(2，3)由未特意摻雜的“I”型隔離層(8，9)分隔開，以形成一NIPIN型結(jié)構(gòu)，所述N型摻雜層承受不同的選定電勢(shì)，以使所述結(jié)構(gòu)形成兩串聯(lián)的子結(jié)構(gòu)NIP及PIN，當(dāng)所述兩子結(jié)構(gòu)之一被加以反向偏壓的同時(shí)另一子結(jié)構(gòu)被加以順向偏壓，從而這樣實(shí)現(xiàn)所述傳遞功能的變換通過改變施加在NIP和PIN子結(jié)構(gòu)上的相應(yīng)偏壓，使P型摻雜中間層相對(duì)于兩N型摻雜質(zhì)層移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，它包括至少一個(gè)由兩P型摻雜層(1，2)夾著一N型摻雜層(3)構(gòu)成的堆疊，所述層(1，2，3)由未特意摻雜的“I”型隔離層(8，9)分隔開，以形成一PINIP型結(jié)構(gòu)，所述P型摻雜層承受不同的選定電勢(shì)，以使所述結(jié)構(gòu)形成兩串聯(lián)的子結(jié)構(gòu)PIN和NIP，當(dāng)所述兩子結(jié)構(gòu)之一被加以反向偏壓的同時(shí)另一子結(jié)構(gòu)被加以順向偏壓，從而這樣實(shí)現(xiàn)所述傳遞功能的調(diào)節(jié)通過改變施加在PIN及NIP子結(jié)構(gòu)上的相應(yīng)偏壓，使N型摻雜層(3)相對(duì)于兩P型摻雜質(zhì)層(1，2)移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其特征在于，它包括至少一個(gè)半導(dǎo)體附加層，所述層與形成PINIP或NIPIN型結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層(1，2，3)中至少之一有同類型的摻雜(N或P)，由和其有相同摻雜類型(N或P)的隔離層將其與所述層(1，2，3)分隔開，其形狀和所述結(jié)構(gòu)的各層(1-3)的形狀大致相同。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，各層和隔離層的厚度及組成這樣選擇，使得所述結(jié)構(gòu)具有實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)可調(diào)諧選擇性濾波的可調(diào)光傳遞功能。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，各層和隔離層的厚度及構(gòu)成組成這樣選擇，使得所述結(jié)構(gòu)具有至少一種附加的可調(diào)光傳遞功能，實(shí)現(xiàn)包括波長(zhǎng)濾波、換向及調(diào)諧的功能之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的裝置，其特征在于，它包括至少一個(gè)可檢測(cè)或產(chǎn)生光的半導(dǎo)體有源層(23)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的裝置，其特征在于，所述凰1-3，11)中至少兩層(1，2，11)包括有可施加電勢(shì)的歐姆觸點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的裝置，其特征在于，它形成于一個(gè)襯底(13)上面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，它形成于所述襯底(13)上面，襯底與其之間夾有選定尺寸和摻雜的隔離層(14)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體層(1-3，11，15，17，19，20)及隔離層(8，9，12，14，16，18，21，22)由III-V型半導(dǎo)體材料實(shí)施，尤其是砷化鎵(GaAs)或磷化銦(InP)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體層(1-3，11，15，17，19，20)及隔離層(8，9，12，14，16，18，21，22)通過外延附生技術(shù)和選擇性化學(xué)腐蝕技術(shù)來實(shí)施。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光電裝置，它包括至少三個(gè)選定形狀的半導(dǎo)體層(1－3)及兩空氣隙的交替疊放。所述半導(dǎo)體層(1－3)為“N”或“P”型摻雜，相鄰層的摻雜類型相同或不同，所述半導(dǎo)體層之間由未特意摻雜(“I”型)或特意摻雜(N或P型)的隔離層(8，9)分隔開，形成一個(gè)氣腔(10－1，10－2)PINIP或NIPIN結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體層適合承受選定的相應(yīng)電勢(shì)。所述層(1－3)和隔離層各自的厚度和組成這樣選擇，使得所述結(jié)構(gòu)具有至少一種適合待處理光的光傳遞功能，所述功能可根據(jù)施加給半導(dǎo)體層的選定電勢(shì)加以調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)G02B6/34GK1408073SQ01805999
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2001年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月3日
發(fā)明者皮埃爾·維克托羅維齊, 瓊-路易斯·萊克勒奎, 克里斯蒂·西索爾, 阿蘭·斯皮瑟, 米歇爾·加里格斯 申請(qǐng)人:國(guó)家科研中心, 里昂中心學(xué)校