專利名稱：可調(diào)濾光組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波長選擇并且可調(diào)的濾光器，該濾光器用于傳輸中心在可調(diào)波長附近的窄光波段中的光，并且阻擋該波段之外的波長的傳輸。該窄波段的中心波長由電子設(shè)備調(diào)節(jié)。
術(shù)語“光”意指廣義，并且特別地包括紅外光波段，如下文所述，本發(fā)明的主要應(yīng)用為位于1.3與1.61微米之間的各種光纖通信波段的濾光器。
在1.3～1.61微米的這些波段，通用的玻璃制成的光纖具有低衰減性，從而使光信號可以傳輸很長的距離，這些波段的優(yōu)勢由此產(chǎn)生。下面將參照該光波段來說明本發(fā)明，盡管應(yīng)當(dāng)理解，如果出現(xiàn)需求，通過采用適于這些不同波段的材料，本發(fā)明還可以應(yīng)用于其它波段。
在光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，包含多根光纖的光纜可以用于形成多個不同的傳輸信道；為了實現(xiàn)同樣的目的可以進(jìn)行信息的時分復(fù)用；但是，考慮到進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸能力，目前的趨勢是對于多個光波長，彼此獨立地進(jìn)行調(diào)制，并且對每個波長限定一個信息通道，以在同一光纖上同時傳輸。ITU(國際電信聯(lián)盟)標(biāo)準(zhǔn)692提出了中心在N個相鄰的標(biāo)準(zhǔn)光頻率、100GHz光譜帶寬相鄰信道的定義，其值為200太赫、199.9太赫、199.8太赫等等，對應(yīng)于1.52～1.61微米的N個波長?？梢栽诓淮嬖谥苯酉噜徆庾V帶之間干擾的太多風(fēng)險(通過采用高斯形調(diào)制脈沖以使該調(diào)制占用的傳輸頻帶最小)的情況下，在具有該帶寬的信道上進(jìn)行每秒10～20千兆比特的光調(diào)制。該頻分復(fù)用稱為DWDM，表示“密集波分復(fù)用”。
因此，在通信網(wǎng)絡(luò)中，困難是能夠收集對應(yīng)于確定信道的光而不干擾相鄰信道的光。例如在一個被分配傳輸和接收的信道i的信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點上，必需收集中心頻率Fi(波長λi)的光，而不妨礙調(diào)制中心頻率F1～FN的光的傳輸，盡管這些光頻率相互非常接近。
為此，需要制造光波長高選擇性、能夠傳輸中心光頻率Fi及位于該頻率兩側(cè)小于50GHz的窄波段內(nèi)的頻率并阻擋其它波段的濾光組件。只有信道i的光可以在這種濾光器的輸出端收集到，并且被解調(diào)以收集有用信息。
已經(jīng)提出了按照法布里-珀羅(Fabry-Perot)干涉儀工作原理制造的濾光組件，該組件通過彼此隔開空氣間隙的沉積半導(dǎo)體層來制造，該空氣間隙的厚度根據(jù)要選擇的波長λi來校準(zhǔn)。在應(yīng)用中，干涉儀包括兩個由堆疊電介質(zhì)層制成的具有高反射系數(shù)的反射鏡(布拉格(Bragg)反射鏡)，兩個反射鏡被具有光學(xué)厚度kλi(如果區(qū)域為空氣間隙，為真實厚度kλi)的透明區(qū)域分開，其中，k為定義干涉濾光器級次的整數(shù)。磷化銦(InP)非常適合這些實施方案，尤其是因為其對于所討論的波長的透明度、其非常高的折射率和沉積具有控制得很好的厚度的外延層的潛力。
如果很好地控制各層的厚度和各層之間的間隔，并且材料具有高折射率，這種濾光器就具有高選擇性。
A.Spisser等人在Electronics Letters，No34(5)，P453～454，1998發(fā)表的論文“用于光通信的高選擇性1.55微米InP/氣隙微加工法布里-珀羅濾光器(Highly Selective 1.55 micrometer InP/airgapmicromachined Fabry-Perot filter for optical communications)”中描述了一種這樣的實施方案。已經(jīng)提出了其它由微加工硅和以砷化鎵為基礎(chǔ)的合金制成的實施方案。
通過改變法布里-珀羅諧振腔的厚度，也就是分隔兩鏡的透明區(qū)域，這些濾光器可調(diào)。該腔由兩個相對的半導(dǎo)體層限定，在制造過程中其間隔被非常精確地限定；通過在兩個半導(dǎo)體層中的每一個上制造電觸點(采用的各層為充分導(dǎo)電的或者涂覆導(dǎo)電材料)，可以施加在相對的層之間產(chǎn)生靜電力的DC電壓，往往以受控的方式改變間距。
已經(jīng)表明可以制造干涉濾光器，其從微加工的懸臂懸掛下來的各層的厚度足夠小，在例如，1.52～1.61微米標(biāo)準(zhǔn)波段的整個波長范圍，使得幾伏特的電壓足以調(diào)節(jié)濾光器的調(diào)諧約100納米以上。例如，腔的標(biāo)稱厚度為0.785微米，施加幾伏特的電壓可以使其厚度向上或向下變化100或200納米，該變化足以調(diào)節(jié)濾光器在整個ITU標(biāo)準(zhǔn)光譜帶的調(diào)諧。在應(yīng)用中，可以用每毫伏1GHz來調(diào)節(jié)該調(diào)諧，由于其可以用從50到100毫伏調(diào)節(jié)的控制電壓改變信道，該調(diào)諧是非常符合要求的。
然后，其足以建立信道標(biāo)號(和由此得到的中心波長)與為選擇信道中的任何一個而需施加的控制電壓之間的對應(yīng)表，并且將濾光器的輸出傳送到解調(diào)器(光電探測器)，該解調(diào)器將這個信道攜帶的信息轉(zhuǎn)換為電信號。
但是，可以理解，如果中心波長相隔很遠(yuǎn)，例如相隔1太赫，就容易控制調(diào)諧條件，但是，當(dāng)間隔只有100千兆赫時，則很難控制調(diào)諧條件。這是因為即使在傳輸中，由于溫度或老化，發(fā)射信道i的載波的激光器的頻率會經(jīng)歷(幾十千兆赫量級的)波動和漂移。
因此，一旦鎖定恰當(dāng)?shù)闹行念l率，就需要將濾光器的電壓伺服(slave)控制，以在隨后保持該電壓。
特別由于操作中必需的光機(jī)組件(耦合器、光纖連接器、反射鏡等)，已經(jīng)提供的伺服系統(tǒng)體積大并且制造成本高。
本發(fā)明提供一種可調(diào)濾光組件，在包含適當(dāng)?shù)臑V光器的微加工的單片結(jié)構(gòu)中，該組件包括，低吸收性光探測器元件，用于伺服控制濾光器的調(diào)諧控制，該元件透射被濾過的光的主要部分，并且從而基本上不干擾濾光器光的透射。
該探測元件收集所需波段中傳輸?shù)墓獾暮苌僖徊糠?，在計算一定時間的平均值之后，將該部分轉(zhuǎn)化為電信號，從而可以將該電信號用作進(jìn)行伺服控制的電信號，即趨于將濾光器調(diào)諧保持在將平均探測信號保持最大化的狀態(tài)。選定波長的光的主要部分穿過濾光器和探測元件，并且可以在別處使用，特別是用于調(diào)制有用信號。由于其低吸收率，放置在單片結(jié)構(gòu)中的探測元件不干擾信息的傳輸，并且僅用于伺服控制濾光器自身的調(diào)諧。伺服控制對接收的光進(jìn)行，并且因此考慮傳輸時的波長的波動。
根據(jù)本發(fā)明的組件最好包括透明半導(dǎo)體基底(當(dāng)然透射率概念與討論的波段的波長有關(guān))，在半導(dǎo)體基底的前表面形成同樣透明層的堆疊，組成可調(diào)干涉濾光器，該可調(diào)干涉濾光器選擇性地傳輸由電壓調(diào)節(jié)的波長為中心的窄光波段內(nèi)的光，在基底和濾光器之間的基底前表面形成光探測元件。也可以設(shè)想一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過基底的后表面進(jìn)行照明，那么探測元件就放置在濾光器上面。
基底最好由磷化銦制成，并且干涉濾光器包括被多個可控寬度間隔分隔開的磷化銦層，至少一個間隔的寬度可以在電壓控制下變化以調(diào)諧濾光器。間隔最好以空氣間隙的形式產(chǎn)生，盡管它們中的一些可以用折射率與磷化銦層的折射率不同的透明材料填充。
光電探測器最好用量子阱光電二極管的方式制造。后者包括至少一層P型摻雜半導(dǎo)體層、一層非有意摻雜半導(dǎo)體層和一層N型摻雜半導(dǎo)體層，這三層為半導(dǎo)體外延層(與磷化銦晶格匹配或近似晶格匹配)，并且一層非常薄、不同半導(dǎo)體合金的外延層插入非有意摻雜半導(dǎo)體層。該非常薄的層由具有能量“帶隙”的材料制成，也就是說，在導(dǎo)帶和價帶之間具有約0.775電子伏特的能量帶隙，對應(yīng)于1.5～1.6微米光波長波段的強(qiáng)吸收能力。盡管在該層與封入該層的半導(dǎo)體層(主要為磷化銦)之間可能存在晶格差異，但為了避免由于該層的塑性松弛而產(chǎn)生位錯，非常薄的外延層的厚度要足夠小。為了將光吸收限制在百分之1量級的值，該厚度最好小于10～20納米。
通過采用因為吸收層的厚度非常薄而吸收率非常低的量子阱探測器，在單片元件中光通量的傳輸無擾動。吸收率總量最好小于1～2％。
在InP層中組成量子阱的半導(dǎo)體合金層最好由InxGa1-xAs制成，其中，選擇x使得量子化和應(yīng)變作用校正后的材料能帶隙約0.775電子伏特，以吸收直到約1.63微米的波長。數(shù)字x最好是0.532。數(shù)字x可以在該值附近稍微變化，最好在0.53～0.63范圍內(nèi)，在這種情況下，該層具有與磷化銦相比失配的晶格，并且其厚度應(yīng)當(dāng)限制在5～20納米之間。半導(dǎo)體合金還可以是InGaAsP。
在閱讀參照附圖的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中

圖1～3表示根據(jù)本發(fā)明的單片干涉濾光器的示意性的結(jié)構(gòu)，三幅圖分別是截面圖，俯視圖和透視圖；圖4表示用于和濾光器相關(guān)聯(lián)的光頻率伺服控制的電路圖。
本發(fā)明將結(jié)合在磷化銦基底上形成的濾光器，對于1.52～1.61納米的寬光譜帶光纖通信的應(yīng)用進(jìn)行描述。
設(shè)計濾光器，一方面為了透射波長λi附近的窄光譜帶，另一方面為了反射該波段以外的波長。濾光器是可調(diào)的，以賦予波長λi在整個寬光波段內(nèi)的任何值。
為上述目的，濾光器由法布里-珀羅諧振腔組成，也就是說，在兩個平行電介質(zhì)反射鏡M1和M2之間有一個空氣或者介質(zhì)的折射率為n0的腔(C)。反射鏡之間的距離D為被選擇波長一半的整數(shù)倍(k)D＝kλi/2n0。每個反射鏡由具有不同折射率和準(zhǔn)確確定厚度的多個電介質(zhì)層依次交替構(gòu)成。通常，選擇k等于1(具有單模諧振腔)，因為，如果k不等于1(具有多模諧振腔)，腔將不僅可以透過λi而且可以透過其它彼此分開λi/k的波長。
反射鏡反射性越強(qiáng)，濾光器對于選定波長的選擇性就越強(qiáng)。隨著交替電介質(zhì)層的折射率的差異的增加，反射鏡相應(yīng)地反射性更強(qiáng)。在描述的優(yōu)選實例中，盡管可以設(shè)想使用其它成對的透明電介質(zhì)層，但磷化銦(折射率n1大于3)層和空氣層組成的依次交替層是非常合適的。隨著依次交替層的層數(shù)的減少，反射率相應(yīng)地更加獨立于波長。但是，依次交替層之間的高折射率差使每個反射鏡甚至用非常少數(shù)量的層也能夠獲得非常高的反射率。
特別地，可以制造僅具有用一個空氣層分開的兩個磷化銦層的反射鏡M1和M2。
最后，通過依次交替層各自折射率的考慮，而作出對于依次交替層各層相對厚度的適宜選擇，就可以獲得反射鏡的高反射率，每層的光學(xué)厚度，也就是實際厚度除以光學(xué)指數(shù)，是每個空氣層或磷化銦層中波長四分之一的奇數(shù)倍。最好使用濾光器工作的寬光波段的平均波長λm(約1.55微米)來選擇這些厚度。
在圖1的實例中，下面的反射鏡M1由兩層磷化銦層10和12(折射率n1)構(gòu)成，其光學(xué)厚度為5λm/4，因此實際厚度為5λm/4n1。這兩層磷化銦層被光學(xué)厚度和實際厚度為λm/4的空氣層14(折射率n0)分開。
與反射鏡M1類似，上面的反射鏡M2由兩層磷化銦層(30和32)(折射率n1)構(gòu)成，其光學(xué)厚度為5λm/4，因此實際厚度為5λm/4n1。這兩層磷化銦層被光學(xué)厚度和實際厚度為λm/4的空氣層34(折射率n0)分開。
平行相對的腔C為在層12和30之間的空氣腔，其厚度為λi/2，以在波長λi獲得選擇性濾光(單模)?？梢岳斫猓摵穸瓤梢栽跇?biāo)稱設(shè)計值D上下調(diào)整。設(shè)計值D可以是λm/2，在這種情況下，厚度需要正向和負(fù)向變化，以獲得整個寬光波段的調(diào)諧。也可以想到，標(biāo)稱厚度D可以改為對應(yīng)于寬光波段一個末端的調(diào)諧，并且，該厚度僅在一個方向變化以覆蓋全部波段。
因而，該濾光器由用空氣層分開的平行透明磷化銦層依次交替構(gòu)成，并且可以通過由外延層沉積的適當(dāng)操作以及在基底上蝕刻，來微加工單片磷化銦基底40，從而制造該濾光器。采用不同于磷化銦的半導(dǎo)體材料的沉積，特別是砷化鎵銦而進(jìn)行的制造將進(jìn)一步討論。這些材料仍存留在基底上，遍及諧振腔濾光器并且構(gòu)成隔離片，它們支撐磷化銦層并且限定空氣間隙的厚度。選擇這些材料一方面是因為它們的半導(dǎo)體特性，并且另一方面是因為它們相對于磷化銦能夠被選擇性地蝕刻。
最好用光學(xué)厚度接近λm/2或者λm/2的倍數(shù)的空氣層將反射鏡M1下面的層10與沉積在下面的基底40上的最后外延層42分離，以便于波長λi向基底的透射。外延層42用作其上沉積的濾光器的支撐基座。
光從頂部(與反射鏡M2同側(cè))入射，例如穿過承載多個光通信信道的光纖，其中包括波長λi的一個信道i；干涉濾光器(反射鏡M1、M2、腔C)選擇該波長，并且只有λi附近的窄光波段穿過濾光器并到達(dá)磷化銦基底40?；资峭该鞯?，并且光在基底的另一側(cè)被收集，在該側(cè)探測和處理存在于通道i中的信息。其余的光被法布里-珀羅濾光器反射。
以下述方式使濾光器可調(diào)不同磷化銦電介質(zhì)層以懸臂50懸掛的中心表面45(例如圓盤狀)的形式構(gòu)成，如圖2和3中所示。這些臂的剛度足以保持各層彼此精確平行，但是足夠低，這樣，考慮到在封閉腔C的兩個磷化銦層12和30之間的距離λm/2，可以通過在這些層上產(chǎn)生的靜電力抵抗臂50的剛性，彼此相對地移動這些層。根據(jù)臂的剛性，在各層之間施加幾伏電壓就足以將各層之間的距離改變5％或者更多。
各層為半導(dǎo)體層，并且為使其固有的導(dǎo)電性足夠高而摻雜，這樣無需在各層上設(shè)置電極。在各層上建立電觸點以在層間通過懸臂施加適當(dāng)?shù)碾妷翰睢８綀D表示連接到層30(如上所述，穿過層32和砷化鎵銦隔離層)的電觸點60和連接到層12(同樣地穿過多個其它層)的電觸點62。
預(yù)定的電壓差對應(yīng)于層12和30之間預(yù)定的間隙D+δD，并因而對應(yīng)于預(yù)定的腔厚度，由此對應(yīng)于預(yù)定波長的透射性。因此，可以建立一個用于通過在觸點60和62之間施加預(yù)定電壓差而選擇給定光學(xué)通道的函數(shù)表，該預(yù)定電壓差對應(yīng)于該通道上的調(diào)諧。
根據(jù)本發(fā)明，光電探測器置于基底40和形成干涉濾光器的依次交替的電介質(zhì)層之間，該光電探測器通過沉積和蝕刻基底上的層產(chǎn)生，并且形成單片元件的一部分。該探測器最好對于所討論的波長(1.52～1.61微米)具有非常低的吸收率，但不是零吸收率。該吸收率最好約為1％～2％。
探測器傳送表示由濾光器透射的光能量的一小部分的電信號。如果將該電信號通過低通濾波器傳送而進(jìn)行過濾，例如，具有從1微秒至1毫秒的時間常數(shù)的濾波器，即該濾波器的時間常數(shù)比存在于通道中的信息的調(diào)制周期(小于1納秒)長，就可以確定穿過濾光器的平均功率。當(dāng)濾波器調(diào)制適當(dāng)時該平均功率比濾波器調(diào)制不足時更大。由光電探測器輸出的信號由此與單片元件結(jié)合在一起，可用作伺服控制濾光器調(diào)諧的電路的輸入信號。設(shè)計該伺服機(jī)制(slaving)使得濾光器被調(diào)諧到一個波長以使探測器收集到的平均功率最大。由于對于每個有源傳輸通道當(dāng)然存在一個最大值，通過將濾光器調(diào)諧到接近一個通道(例如在50千兆赫內(nèi))，并且通過阻止調(diào)諧電壓漂移延伸超過對應(yīng)于約50千兆赫的調(diào)諧頻率偏移的限度，來初始化該伺服機(jī)制。在給定通道上的初始化過程之后，盡管在傳輸中該頻率變化，通過將濾光器保持精確調(diào)諧到入射光頻率，伺服機(jī)制實現(xiàn)其功能。
探測器由此集成在單片元件中，但是它不能阻止通道i中幾乎所有有效的光功率在穿過濾光器之后透射到基底40的另一側(cè)?？梢愿鶕?jù)需要處理該光功率。
盡管由于磷化銦具有約1.3電子伏特的帶隙而可以透過所討論的波長，但為了制造這種低吸收率的集成光電探測器，最好制造基本上由磷化銦PIN二極管構(gòu)成的量子阱探測器，在其中插入三元化合物(例如InGaAs)或四元化合物(例如InGaAsP)的非常薄的附加外延層(量子層)。該化合物的帶隙使得其對應(yīng)于1.52～1.61微米的有用波長具有高吸收率。另外，該化合物的晶格與磷化銦的晶格相似。其厚度足夠小，使得即使存在晶格差異，在該層磷化銦上的外延沉積也沒有位錯。根據(jù)層的成分，該厚度最好不要大于5～20納米。
非常薄的量子層位于PIN二極管本征層I的中間。為了允許PIN二極管的偏置和探測信號的收集，PIN二極管P或N層中的一層可以直接或間接連接到觸點62；如果觸點62不能用于該目的(觸點已經(jīng)用于向濾光器施加調(diào)諧電壓)，那么，需要提供構(gòu)成PIN二極管第一觸點的附加觸點。第二觸點64可以設(shè)置在PIN二極管的另一側(cè)。
在優(yōu)選實例中沉積的外延層的細(xì)節(jié)如下所述，基底40最好由非有意摻雜(n.i.d)的磷化銦或半絕緣體制成，這樣，基底為真正的透明(摻雜增強(qiáng)光子的吸收)。
-P+摻雜InP外延層70，在其上可以直接制成觸點64，形成PIN二極管的P層；-InP外延層72形成PIN二極管的本征層I的第一部分；-量子層74分子式為InxGa1-xAs的非常薄的砷化鎵銦外延層，可以良好吸收1.52～1.61微米寬光波段中的光子，其中選擇x以在價帶和導(dǎo)帶之間獲得約0.7電子伏特的能量帶隙；在希望使砷化鎵銦的晶格與磷化銦的晶格精確匹配時，通常選擇x等于值0.532。在這種情況下，層的厚度可以為約15納米，以獲得探測器約1％的吸收率。但是，可以選擇不同的x值，特別是在x＝0.53～0.65范圍內(nèi)。在這種情況下，晶格與磷化銦的晶格稍微失配，并且因而限制層的厚度以避免位錯；此外，該厚度限制在吸收率方面沒有問題，當(dāng)x增加時吸收率升高。對于x＝0.55，10納米的厚度應(yīng)該適于1％的吸收率。對于x＝0.625，層厚應(yīng)當(dāng)限制在5納米，同樣可以得到約1％的吸收率。即使存在晶格失配，量子外延層的小的厚度使得該層沿磷化銦的晶格外延沉積(即使具有應(yīng)力)；在該厚度下，應(yīng)力不會造成任何位錯；此外，厚度小的砷化鎵銦導(dǎo)致光吸收率低，使其可以產(chǎn)生有用的探測信號，并且保持輻射的主要部分用于其它用途；-磷化銦外延層76，非有意摻雜，構(gòu)成PIN二極管的本征層I的第二部分；由于砷化鎵銦層必須保持初始晶格，所以外延生長要保持基底40的初始晶格；在形成法布里-珀羅腔之前，上述n+摻雜磷化銦的外延層42形成最后一層；在該層上構(gòu)成觸點62，使觸點62和64分別提供到PIN二極管的P和N層的通路，使其作為探測光電二極管工作。
圖4表示元件的電觸點插入用于伺服控制濾光器調(diào)諧的電路的方式由偏置電路80反相偏置的PIN二極管將電壓或電流形式的信號傳送至探測電路82。探測電路傳送的電壓表示瞬時穿過量子層74的光量。該電壓由放大器84選擇性地放大，施加到時間常數(shù)比波長λi處光通道的脈沖調(diào)制光的周期長得多的低通濾波器86。該時間常數(shù)可以是例如1微秒或更長。
低通濾波器的輸出電壓完全施加到伺服電路88，伺服電路88傳送的信號趨于將低通濾波器的輸出電壓保持在最大值。這種電路產(chǎn)生要施加到濾光器上的控制電壓，該控制電壓作為穿過低通濾波器末端的電壓變化的導(dǎo)數(shù)的符號的函數(shù)。該控制電壓施加在層12和30之間，并因而施加在觸點62和60之間。這樣，如果濾光器的控制電壓的變化趨向于增加低通濾波器的輸出電壓，伺服控制濾光器，使之趨向于在同一方向繼續(xù)控制電壓的變化，但是，如果濾光器的控制電壓的變化趨向于降低低通濾波器的輸出電壓，伺服電路趨向于反轉(zhuǎn)該變化的方向。從而，濾光器的控制電壓(在電極60和62之間)被伺服控制到探測器(在電極62和64之間)產(chǎn)生最大光功率的數(shù)值。
該伺服電路包括用于產(chǎn)生表不需要施加到濾光器上以獲得原則上通道I的調(diào)諧的理論電壓的近似電壓Vi的裝置。伺服電路將傳送觸點60和62之間在Vi附近有限范圍內(nèi)變化的電壓，該范圍足夠窄以不冒阻塞相鄰?fù)ǖ赖娘L(fēng)險。
回到圖1，注意到在整個法布里-珀羅諧振腔表面存在隔離片。這些半導(dǎo)體層組成的隔離片由不是由磷化銦制成，并且限定了磷化銦層之間空氣間隙的厚度。
這些隔離片不是由磷化銦制成的原因與選擇性地消除在兩層磷化銦層之間的沉積層而產(chǎn)生空氣間隙的技術(shù)范疇有關(guān)。選擇具有與磷化銦相同晶格的材料，以保持從一層到下一層的外延生長，但是，可以將其用不腐蝕磷化銦的腐蝕性物質(zhì)選擇性地消除該材料。所選擇的隔離片材料最好為三元合金InGaAs，即In0.53Ga0.47As，其成分為具有與InP最相似的晶格的材料。
以下述方式進(jìn)行具有隔離片的堆疊層的制造沉積InP外延層，然后沉積晶格匹配的InGaAs層，接下來沉積第二InP外延層。根據(jù)精確圖案蝕刻最后一層(在該典型實施方案中具有懸臂的盤狀)直至暴露InGaAs層。以側(cè)向潛挖(undercut)蝕刻的方法，用不腐蝕InP的物質(zhì)腐蝕InGaAs層，也就是說，即使在保護(hù)它的INP部件的下面，InGaAs也被除去。僅保留在圖中可以看到的諧振腔周圍的隔離片，并且InP層保持懸掛，其間插有空氣間隙。
各種磷化銦和砷化鎵銦層的摻雜要考慮到需要通過它們施加的電壓，以及需要建立交匯點以在觸點60和62之間施加控制電壓。為了能夠通過觸點60和62在InP層12和InP層30之間施加電壓，因而在InP層42上提供下述堆疊結(jié)構(gòu)，這就是將要被重復(fù)多次的n+摻雜層-作為隔離層的n+摻雜In0.53Ga0.47As-n+摻雜InP層10-作為隔離層的n+摻雜In0.53Ga0.47As-n+摻雜InP層12-作為隔離層的n+摻雜In0.53Ga0.47As非有意摻雜；如果該層為完全絕緣則更好；由于該層不是完全絕緣，上面的層需要為p+摻雜，以避免觸點60和62之間直接短路。于是，在這些觸點之間的為反向偏置(正極在n+層，負(fù)極在p+層)；-p+摻雜InP層30-作為隔離層的p+摻雜In0.53Ga0.47As-p+摻雜InP層32在p+摻雜InP層上的觸點60和64可以由基于金和鋅的合金制成；在n+摻雜InP層上的觸點62可以由金制成。
為了施加濾光器的調(diào)制控制電壓，反向偏置電壓差將施加于交匯點，也就是說，在觸點62上施加更大的正電壓并且在觸點60上施加更大的負(fù)電壓。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)濾光組件，在包含適當(dāng)?shù)臑V光器(M1、M2、C)的微加工的單片結(jié)構(gòu)中，包括，低吸收性光探測元件(70、72、74、76、42)，用于根據(jù)濾光器接收的波長伺服控制濾光器調(diào)諧控制，該元件透射該波長的輻射的主要部分。
2.如權(quán)利要求1所述的濾光組件，其特征在于，包括透明半導(dǎo)體基底(40)，在半導(dǎo)體基底的前表面形成同樣的多個透明層的堆疊，組成可調(diào)干涉濾光器，該可調(diào)干涉濾光器選擇性地透射中心波長可由電壓調(diào)節(jié)的很窄的光波段內(nèi)的光，還包括在基底和濾光器之間的形成在基底前表面的光探測元件。
3.如權(quán)利要求1所述的濾光組件，其特征在于，包括透明半導(dǎo)體基底(40)，在半導(dǎo)體基底的前表面形成同樣的多個透明層的堆疊，組成可調(diào)干涉濾光器，該可調(diào)干涉濾光器選擇性地透射中心波長可由電壓調(diào)節(jié)的很窄的光波段內(nèi)的光，光探測元件形成在濾光器之上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的濾光器組件，其特征在于，基底由磷化銦制成，并且干涉濾光器包括多個以受控寬度間隔開的磷化銦層(10，12，30，32)，至少一個間隔(C)具有可以在電壓控制下變化的寬度。
5.如權(quán)利要求4所述的濾光器組件，其特征在于，基底由非有意摻雜的或半絕緣體制成。
6.如權(quán)利要求4或5所述的濾光器組件，其特征在于，該間隔為空氣間隙。
7.如權(quán)利要求1～6中任何一項所述的濾光器組件，其特征在于，探測器由量子阱光電二極管構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求7所述的濾光器組件，其特征在于，光電二極管包括至少一層P型摻雜半導(dǎo)體層(70)、一層非有意摻雜半導(dǎo)體層(72、76)和一層N型摻雜半導(dǎo)體層(42)，這三層為半導(dǎo)體外延層，并且一層非常薄的不同半導(dǎo)體合金的外延層(74)插入非有意摻雜半導(dǎo)體層。
9.如權(quán)利要求8所述的濾光器組件，其特征在于，該非常薄的外延層(74)由具有約0.775電子伏特的能量“帶隙”的材料制成，對應(yīng)于對1.5～1.6微米光波長波段的吸收，盡管該層與圍合該層的半導(dǎo)體層之間存在晶格差異，該非常薄的外延層的厚度足夠小以避免該層的位錯，這種晶格差異是易于存在的。
10.如權(quán)利要求9所述的濾光器組件，其特征在于，非常薄的外延層(74)的厚度小于20納米。
11.如權(quán)利要求8～10中任何一項所述的濾光器組件，其特征在于，該光電二極管由磷化銦層制成，非常薄的外延層由砷化鎵銦InxGa1-xAs制成，其中，x在0.53～0.63之間。
12.如權(quán)利要求1～11中任何一項所述的濾光器組件，其特征在于，探測器的光吸收率最大在1～2％量級。
13.如權(quán)利要求1～12中任何一項所述的一種調(diào)諧可調(diào)光組件的方法，其特征在于，該方法包括以下操作從探測元件收集信號，該信號是穿過該元件的光的很少一部分；計算該信號的平均值并且從信號平均值中產(chǎn)生電信號，用于伺服控制濾光器調(diào)諧，并趨向于將濾光器的調(diào)諧值保持在可使平均探測信號最大化的一個數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及波長選擇性并且可調(diào)的濾光器，該濾光器用于透射中心在可調(diào)波長附近的窄光波段中的光，并且阻擋該波段之外的波長的透射。在微加工的單片結(jié)構(gòu)中包含適當(dāng)?shù)臑V光器(M1、M2、C)，該組件包括用于將濾光器的調(diào)諧控制伺服于濾光器接收波長的低吸收性光探測元件(70、72、74、76、42)，該元件透射該波長的輻射的主要部分。該濾光器為法布里－珀羅干涉濾光器，該濾光器的腔(C)調(diào)諧為某值，可使由光探測元件探測的功率最大化。該濾光器最好基于磷化銦層和空氣間隙。探測元件最好包括適于探測要使用的波段的砷化鎵銦層74。應(yīng)用于光纖通信。
文檔編號H01L31/0232GK1589413SQ02822818
公開日2005年3月2日 申請日期2002年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月16日
發(fā)明者克里斯托夫·波泰, 格扎維埃·于貢 申請人:Atmel格勒諾布爾公司