專利名稱：具有非平行腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光波與光電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光電子器件，特別涉及一種具有非平行腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光波與光電子器件。
目前的各種半導(dǎo)體光電子器件如半導(dǎo)體激光器及光電探測器等，其結(jié)構(gòu)上的一大特點就是垂直于其襯底的方向上屬于分層結(jié)構(gòu)，并且各層結(jié)構(gòu)之間是彼此平行的(且平行于襯底表面)，這是由其生長工藝條件所決定的，多年來半導(dǎo)體器件的發(fā)展均承襲了這一結(jié)構(gòu)，近年來，由于新的應(yīng)用的需要，在半導(dǎo)體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)光電子器件(其中的光波行進(jìn)方向平行于襯底平面)中對這一結(jié)構(gòu)作出了一些改進(jìn)，如DFB激光器就是在器件分層結(jié)構(gòu)的某一特定層中腐蝕出光柵結(jié)構(gòu)，但是在垂直腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光電子器件(其中光波行進(jìn)方向垂直于襯底平面)中，這一結(jié)構(gòu)特點卻始終沒有改變，近年來光波分復(fù)用通信技術(shù)(此種技術(shù)是將光通信的可用光譜劃分為一個一個獨立的互不重疊的波長信道，例如將1550nm附近的30nm寬度的光譜劃分為1534.25nm，1535.04nm，……，1560.61nm等32個波長信道)的迅速發(fā)展對半導(dǎo)體光電子器件的性能提出了新的要求，例如對于半導(dǎo)體光探測器，它不僅要求此類器件具有高的響應(yīng)度，高的響應(yīng)速度，而且要求此類器件具有細(xì)銳的波長選擇功能，以從波分復(fù)用的多個波長信道中選擇出所需的波長信道進(jìn)行接收。例如從前面提到的32個波長信道中選擇出位于1560.61nm的波長信道，并且濾除掉其它波長信道的信號以防止各信道信號之間的干擾，這就要求光探測器的響應(yīng)光譜的中心波長位于1560.61nm處，且其半峰值光譜寬度小于1nm。目前的半導(dǎo)體光電子器件結(jié)構(gòu)尚無法同時滿足上述多方面的要求。
有鑒于此，如何能改進(jìn)半導(dǎo)體光電子器件的結(jié)構(gòu)，使其具有前所未有的良好性能，同時具有低廉的成本，以滿足日益發(fā)展的光波分復(fù)用通信及其他各種光電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的要求，這是本實用新型研創(chuàng)動機(jī)所在。
本實用新型設(shè)計人憑借多年從事各類光電子和光學(xué)技術(shù)研究生產(chǎn)加工等領(lǐng)域的實際經(jīng)驗，在反復(fù)研究論證的基礎(chǔ)上，做一全新設(shè)計構(gòu)成，終得本實用新型的產(chǎn)生。
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和光通信發(fā)展的需要，本實用新型的目的是提供一種新型半導(dǎo)體光波與電子器件，其內(nèi)部分層結(jié)構(gòu)中各層之間的界面大多數(shù)仍可以是相互平行的，但在某兩個特定的相鄰界面之間可以人為控制形成一夾角，使得器件在某些重要性能上得以突破，以滿足上述日益增加的應(yīng)用需要。
本實用新型的目的可按下述方式實現(xiàn)，本實用新型其特征在于半導(dǎo)體光波與光電子器件內(nèi)部的兩個半導(dǎo)體分器件的相鄰表面之間形成一個θ角，其中0°＜θ＜90°；這兩個半導(dǎo)體分器件在材料體系和結(jié)構(gòu)上可以是相同的，也可以有較大的差異；兩個分器件各自的內(nèi)部細(xì)結(jié)構(gòu)可以由晶格匹配的相同或不同的半導(dǎo)體材料生成，也可以由晶格不匹配的半導(dǎo)體材料生成；本實用新型第一個半導(dǎo)體器件的表面不連續(xù)，具有高低兩個層面，第二半導(dǎo)體分器件架在第一半導(dǎo)體分器件的高層面和低層面之間。第一半導(dǎo)體分器件的不連續(xù)表面結(jié)構(gòu)可以為一凹槽結(jié)構(gòu)、一臺階結(jié)構(gòu)或一凸臺結(jié)構(gòu)；第一半導(dǎo)體分器件與第二半導(dǎo)體分器件在接觸端采用粘或焊等類似方法固定，形成一整體。
本實用新型實現(xiàn)方法是分別獨立地采用晶格匹配的相同或不同半導(dǎo)體材料，或晶格不匹配的不同半導(dǎo)體材料制作第一半導(dǎo)體分器件和第二半導(dǎo)體分器件各自的內(nèi)部細(xì)結(jié)構(gòu)，這兩個分器件在材料體系和結(jié)構(gòu)上可以是相同，也可以有較大差異，這完全由具體設(shè)計要求而定；第一半導(dǎo)體分器件表面形成具有高層面與低層面兩個層面結(jié)構(gòu)的不連續(xù)表面結(jié)構(gòu)，控制高層面與低層之間的高度差，將第二半導(dǎo)體分器件架在第一半導(dǎo)體分器件的高層面與低層面之間，使第二半導(dǎo)體分器件表面與第一半導(dǎo)體分器件的低層面之間形成夾角θ，夾角θ的大小由第一半導(dǎo)體分器件表面的高層面與低層面之間的高度差及兩個分器件組合時兩個接觸端之間的長度決定。
本實用新型的一個具體應(yīng)用是可以實現(xiàn)入射光的一窄譜光波在非平行腔中多次反射，并被吸收層多次吸收，使得吸收層能做得很薄就可以在多次吸收中獲得足夠的光電響應(yīng)度，且由于吸收層很薄，產(chǎn)生的電子可以很快的逸出，轉(zhuǎn)化成光電流，使得器件獲得很高的響應(yīng)速度。
事實上本實用新型的重大意義并不局限于此，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷史告訴我們，一個基本的新結(jié)構(gòu)的引入往往可以帶來器件與系統(tǒng)性能上質(zhì)的變化與飛躍。本實用新型所提出的非平行腔半導(dǎo)體光波與光電子器件結(jié)構(gòu)將成為半導(dǎo)體器件實現(xiàn)的一種新的基本結(jié)構(gòu)，其作用就如同光元件中的光柵與棱鏡結(jié)構(gòu)或電路系統(tǒng)中的電容與電感一樣。上面所述的新型半導(dǎo)體光探測器即為其實際應(yīng)用之一。因此，本實用新型勢將對今后光波與光電子器件的發(fā)展產(chǎn)生重要而久遠(yuǎn)的影響。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步闡明本實用新型實施例。


圖1為本實用新型實施例1結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本實用新型實施例2結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本實用新型實施例3結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本實用新型實際使用實施例4結(jié)構(gòu)圖。
1……第一半導(dǎo)體分器件2……第二半導(dǎo)體分器件3……高層面 4……低層面5……接觸端 6……非平行腔7……凹槽10……平行腔 11……吸收層參見圖1，為敘述方便，我們把位于夾角θ兩側(cè)的用以組成該器件整體的兩部分結(jié)構(gòu)分別稱為第一半導(dǎo)體分器件1和第二半導(dǎo)體分器件2，兩個半導(dǎo)體分器件1和2在構(gòu)成材料體系和結(jié)構(gòu)上可以很相近或相同，也可以有較大差異，這完全由具體設(shè)計要求而定；這兩個分器件各自的內(nèi)部細(xì)結(jié)構(gòu)可以由晶格匹配的相同或不同半導(dǎo)體材料生成，也可以由晶格不匹配的半導(dǎo)體材料生成，其中第一個半導(dǎo)體分器件1的表面為一不連續(xù)表面結(jié)構(gòu)，分別為一高層面3和低層面4，第二半導(dǎo)體分器件2架在第一半導(dǎo)體分器件的高層面和低層面之間，選擇控制第一半導(dǎo)體分器件不連續(xù)表面的高度差及兩半導(dǎo)體分器件接觸端之間的距離就可人為控制第一半導(dǎo)體分器件1低層面和第二半導(dǎo)體分器件2表面之間的夾角θ，其中0°＜θ＜90°。參見圖2和圖3實施例2、3，第一半導(dǎo)體分器件不連續(xù)表面形成的高低層面可以為一凹槽7，第二半導(dǎo)體分器件一端搭在凹槽7內(nèi)，另一端搭在凹槽的一個邊沿上；第一半導(dǎo)體分器件與第二半導(dǎo)體分器件的接觸端5采用粘或焊等類似方法固定，使兩個半導(dǎo)體分器件能穩(wěn)固的組成一新型半導(dǎo)體光波與光電子器件。
參見圖4，第二半導(dǎo)體分器件2由一平行腔10和一較薄的吸收層11構(gòu)成，第一半導(dǎo)體分器件1表面的低層面為高反射率反射鏡；第二半導(dǎo)體分器件2的平行腔為一由兩個高反射率反射鏡組成的F-P腔光濾波器，垂直于第二半導(dǎo)體分器件頂面的入射光經(jīng)其組成結(jié)構(gòu)中的F-P腔光濾波器濾波后，形成一具有特定中心波長的窄譜光波，這一窄譜光波經(jīng)吸收層一次吸收后到達(dá)第一半導(dǎo)體分器件的低層面，并被其反射，此反射光波再經(jīng)吸收層二次吸收后，又回到第二半導(dǎo)體分器件結(jié)構(gòu)中的F-P腔光濾波器的下表面，由于第一半導(dǎo)體分器件的表面與第二半導(dǎo)體分器件表面不平行且具有一夾角θ，因而此時的反射光波將不再是垂直入射到F-P腔光濾波器的表面，而是具有一與θ有關(guān)的入射角φ，只要適當(dāng)?shù)剡x擇θ，對以入射角φ入射的此一窄譜光波F-P腔光濾波器將等同于一高反鏡，因而此時這一窄譜光波將在由第二半導(dǎo)體分器件的F-P腔光濾波器的下表面和第一半導(dǎo)體分器件的低層面構(gòu)成的非平行腔中多次反射，并多次被吸收層吸收，只要反射的次數(shù)足夠多，器件就可以獲得高的響應(yīng)度。同時由于器件的吸收層可以做得較薄，產(chǎn)生的電子可以很快地逸出，轉(zhuǎn)化成光電流，從而使器件的響應(yīng)時間減少，也就是說器件可以獲得高的響應(yīng)速度。此外，適當(dāng)選擇的夾角θ的存在保證了F-P腔光濾波器的參數(shù)設(shè)計可以獨立于吸收層所處的吸收腔的設(shè)計而進(jìn)行，因而該濾波器的精細(xì)度可以做得很高，從而使得器件只對某一特定的極窄光譜范圍內(nèi)的光波進(jìn)行響應(yīng)，因而也就使得器件具有了細(xì)銳的波長選擇能力，這一新型器件滿足了當(dāng)前光波分復(fù)用通信技術(shù)對半導(dǎo)體光探測器件的要求。
綜上所述，本實用新型通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得本實用新型能解決許多現(xiàn)存光電子器件不能解決的問題，并為今后光電子器件及其在光波復(fù)用通信等領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了一類新型器件。以上所述乃是本實用新型的具體實施例及所運用的技術(shù)原理，若依本實用新型的構(gòu)想所作的等效改變，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應(yīng)在本實用新型的范圍內(nèi)，特此說明。
權(quán)利要求1.一種具有非平行腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光波與光電子器件，其特征在于半導(dǎo)體光波與光電子器件內(nèi)部的兩個半導(dǎo)體分器件的相鄰表面之間形成一個θ角，其中0°＜θ＜90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有非平行腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光波與光電子器件，其特征在于兩個半導(dǎo)體分器件在材料體系和結(jié)構(gòu)上相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有非平行腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光波與光電子器件，其特征在于兩個半導(dǎo)體分器件在材料體系和結(jié)構(gòu)上有差異。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有非平行腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光波與光電子器件，其特征在于兩個半導(dǎo)體分器件各自的內(nèi)部細(xì)結(jié)構(gòu)由晶格匹配的相同或不同的半導(dǎo)體材料生成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有非平行腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光波與光電子器件，其特征在于兩個半導(dǎo)體分器件各自的內(nèi)部細(xì)結(jié)構(gòu)由晶格不匹配的半導(dǎo)體材料生成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有非平行腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光波與光電子器件，其特征在于第一個半導(dǎo)體器件的表面不連續(xù)，具有高低兩個層面，第二半導(dǎo)體分器件架在第一半導(dǎo)體分器件的高層面和低層面之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的具有非平行腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光波與光電子器件，其特征在于第一半導(dǎo)體分器件的不連續(xù)表面結(jié)構(gòu)為一凹槽結(jié)構(gòu)、一臺階結(jié)構(gòu)或一凸臺結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有非平行腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光波與光電子器件，其特征在于第一半導(dǎo)體分器件與第二半導(dǎo)體分器件在接觸端采用粘或焊方法固定。
專利摘要本實用新型涉及一種光電子器件,特別涉及一種具有非平行腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光波與光電子器件。本實用新型其特征在于半導(dǎo)體光波與光電子器件內(nèi)部的兩個半導(dǎo)體分器件的相鄰表面之間形成一個θ角,其中0°<θ<90°。本實用新型所提出的非平行腔半導(dǎo)體光波與光電子器件結(jié)構(gòu)將成為半導(dǎo)體器件實現(xiàn)的一種新的基本結(jié)構(gòu),其作用就如同光元件中的光柵與棱鏡結(jié)構(gòu)或電路系統(tǒng)中的電容與電感一樣,勢必將對今后光波與光電子器件的發(fā)展產(chǎn)生重要而久遠(yuǎn)的影響。
文檔編號H01S3/00GK2381043SQ9921687
公開日2000年5月31日 申請日期1999年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月14日
發(fā)明者任曉敏, 黃永清, 劉凱 申請人:北京郵電大學(xué)