具有电可调传递功能的半导体光电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光电装置，它包括至少三个选定形状的半导体层（１－３）及两空气隙的交替叠放。所述半导体层（１－３）为“Ｎ”或“Ｐ”型掺杂，相邻层的掺杂类型相同或不同，所述半导体层之间由未特意掺杂（“Ｉ”型）或特意掺杂（Ｎ或Ｐ型）的隔离层（８，９）分隔开，形成一个气腔（１０－１，１０－２）ＰＩＮＩＰ或ＮＩＰＩＮ结构，所述半导体层适合承受选定的相应电势。所述层（１－３）和隔离层各自的厚度和组成这样选择，使得所述结构具有至少一种适合待处理光的光传递功能，所述功能可根据施加给半导体层的选定电势加以调节。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有电可调光谱传递功能的半导体光学装置，尤其是“微光电机械”(micro-opto-électro-mécanique)装置，其缩写为MOEM。这类装置在Chang-Hasnain等人的专利US 5629951及US5771253中特别描述过。准确地讲，它们包括一底布拉格反射镜和一顶布拉格反射镜，所述镜由不同折射指数的半导体材料交叠而成。两布拉格反射镜之间由半导体隔离层分隔开，形成充满空气的Fabry-Pérot型垂直腔。其中一镜在静电作用下可变形，以改变气腔厚度，从而改变Fabry-Pérot腔的光谱特性。因此，该结构可作为波长可调滤波器、或光电检测器又或如波长可调谐激光器。这些装置必须使布拉格反射镜之一的各层一同移动，因而，考虑到所述悬空结构的机械刚性，必需相对较强的电场。另外，它们只能确保单一的信号光学处理功能(可调滤波)，这限制了其在高度集成的光电子元件中的使用。本专利技术的目的在于弥补上面所述的全部或部分缺陷。为此，它所提出的一种半导体装置包括至少三个选定形状的半导体层及两空气隙交替叠放；这些半导体层包含有“N”或“P”型掺杂剂，相邻层的掺杂剂相同或不同，所述半导体层之间由未特意掺杂的半导体隔离层(“I”型)分隔开，以确定有空腔的PINIP或NIPIN结构，所述结构包括至少两个PIN型子结构，所述半导体层适于分别承受选定的电势。另外，在该装置中，这样选择各层和各隔离层的厚度、组成及掺杂剂，使得所述结构具有至少一种适于待处理的光并可根据半导体层的选定电势进行调节的光传递功能。若为NIPIN或PINIP型结构，既参与构成PIN子结构(结)又参与构成NIP子结构的各半导体层可沿一个方向或两相反方向移动，以改变所述子结构的传递功能，或所述结构的传递功能。为此，待移动层只需在两不同类型(NIP及PIN)的子结构的分界面处，并合适地选择各子结构的偏压即可。在结构中添加任何一PIN或NIP子结构，则可增加可被移动的层的数量，因而增加可调光谱传递功能的数量。因此，各半导体层和隔离层的厚度及组成这样选择，使所述结构能根据选定的交替顺序，保证一种或几种可调传递功能，这些功能适合至少包括波长滤波、换向(commutation)及调谐(accordabilité)的功能(或其它功能)。若为NIPIN型(或PINIP型)结构，其间夹有P型(或N型)中间层的两N型(或P型)端层有利地处于不同电势下，使得所述结构形成两串联子结构PIN及NIP，所述两子结构分别被加以反向和顺向偏压。在此情况下，传递功能的调节是这样实现的通过改变分别施加在PIN和NIP子结构上的偏压，使N型(或P型)中间层相对于两P型(或N型)端层“朝上或朝下”(电动机械)移动。可以想出不同的及/或更复杂的实施例。所述装置尤其可包括一个(或多个)特意N型(或P型)掺杂的附加半导体层，所述附加层位于PINIP或NIPIN结构的一N型(或P型)层的上游或下游部位，由未特意掺杂的“I”型或有N或P型掺杂的隔离层将其与该层分隔开，以形成例如NIPINIP或PINIPIN、或NIPPPIN或PPPINIP或PINNNIP、又或NNNIPPPIN或PPPINNNIP型的新结构。这样，就形成了多功能装置，具有多种适合波长滤波、换向及调谐或类似功能的可调传递功能。所述装置的至少一个半导体层可以是有源的，以使所述装置适合检测或产生光。另外，所述装置的结构可形成于一衬底上，衬底和该结构之间可夹有一定尺寸及掺杂的隔离层。最好，半导体层和隔离层采用III-V型材料实施，特别是砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP)。此外，这些半导体层和隔离层最好通过外延附生技术结合选择性化学腐蚀技术来实施。本专利技术的其它特征及优点体现于后文中参照附图进行的更详细的描述。附图中——附图说明图1为根据本专利技术的一装置的透视简图，所述装置为PINIP型，适于换向，——图2A和2B为图1中所示装置的一部分的横剖面图，分别为未偏压、已偏压状态，——图2C示出了图2A(实线)和2B(虚线)中装置的传递功能，——图3A至3C为本装置的一种变型的一部分的横剖面图，分别为未偏压、第一偏压和第二偏压状态，——图4示出了图3A至3C中装置的传递功能，——图5A和5B为本装置另一种变型的一部分的侧视图，分别为未偏压、已偏压状态，其中各层中有一有源层。所附各图基本上具有特定的特征。因此，它们不仅用于齐备本专利技术，必要时还限定本专利技术。首先参照图1描述根据本专利技术的一装置的第一实施例，该装置用于对外部光线进行光学处理。在如图1所示的实施例中，装置包括三个半导体层，其中两端层1、2夹着中间层3。这些层的形状最好大致相同。在图示实施例里，各层包括形状大致为矩形的两端部4、5，它们之间通过薄片6-i(此处，i＝1-3)相连，而所述薄片的中间部分有一加宽部7。相邻层由分隔层(或隔离层)8、9隔开。更准确地讲，这些隔离层8、9形成于半导体层1-3的端部4、5处，以使其薄片6-i悬空而由空气隙相互隔开。这样，端层1、2的各端部薄片6-1、6-2同中间薄片6-3限定了一垂直腔10-1、10-2，其高度H1、H2由隔离层8、9的厚度确定。如图所示，这种结构最好形成于一半导体衬底13之上，衬底和该结构之间夹有隔离层14，以使端部薄片6-2以确定距离(等于隔离层14的厚度)悬空在衬底13之上。这种装置可连接到用于引入待处理光并收集处理过的光的耦合装置(如光纤耦合装置)。根据本专利技术，层1-3和隔离层8、9、14采用半导体材料、最好是III-V型半导体材料来实施。例如砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP)，或布置在InP衬底上面的InGaAs/InP或InAlAs/InGaAlAs型异质结构、或布置在GaAs衬底上的AlAs/GaAs型异质结构、又或GaAs衬底上的InGaP/GaAs型异质结构。当然，这些材料只形成最佳实施例。在图1所示的实施例中，夹着半导体中间层3的半导体端层1、2特意掺加有N型或P型杂质，半导体中间层3特意掺加有P型或N型杂质，这样，相邻两层的掺杂剂类型互不相同。此外，隔离层8、9采用未特意掺加杂质的半导体材料(I型)来实施，这样，当半导体端层1和2为P型时，装置构成PINIP型结构，当两端层为N型时，装置为NIPIN型结构。衬底13及隔离层14最好为I型。如此形成的结构由两子结构PIN和NIP构成，它们有一公共层，即中间层3。换言之，在PINIP型结构中，子结构PIN与子结构NIP共有N型掺杂层，而NIPIN结构中，子结构NIP和子结构PIN共有P型掺杂层。显然，各子结构PIN或NIP因而构成本领域技术人员所熟知的PIN结。为便于理解本文，后文中姑且认为，在PINIP结构里，PIN结在NIP结上方。即，P型端部薄片6-1为上薄片，而同为P型的端部薄片6-2为下簿片。各半导体层和隔离层1、3、14的厚度和组成，因此还有腔10-1和10-2的高度H1、H2，需根据装置的工作波长、需实施的传递功能来确定。例如，如图2A所示(其中未严格按比例)，半导体端层1、2及半导体中间层3的光学厚度可以约为kλ/4，其中k为一奇数，而两腔10-1和10-2的各高度H1和H2约为5λ/4(如图2A)。隔离层14的厚度则等于λ/2。本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体装置，其特征在于，它包括交替叠放的至少三个选定形状的半导体层（１－３）及两空气隙，这些半导体层中至少两层（１，２）有同类型的Ｎ或Ｐ型掺杂，而至少第三层（３）含有Ｐ型或Ｎ型掺杂，所述层（１－３）之间分别由选定的相应掺杂的隔离层（８， ９）分隔开，以确定一气腔结构（１０－１，１０－２），所述结构包括至少两ＰＩＮ型子结构，可承受选定的相应电势，所述层（１－３）和隔离层（８，９）各自的厚度、组成及掺杂剂这样选择，使得所述结构具有至少一种适合待处理的光的光传递功能，所述功能 可根据施加给半导体层以使其在静电作用下变形的选定电势而调节。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔维克托罗维齐，琼路易斯莱克勒奎，克里斯蒂西索尔，阿兰斯皮瑟，米歇尔加里格斯，
申请(专利权)人：国家科研中心，里昂中心学校，
类型：发明
国别省市：FR[法国]