具有集成吸收器和光检测器的超辐射发光二极管制造技术

本公开总体涉及具有集成吸收器和光检测器的超辐射发光二极管。在超辐射发光二极管的一个实施例中，被适配在半导体管芯上的第一二极管被正向偏置以响应于偏置信号而输出光能；并且被适配在半导体管芯上的第二二极管被反向偏置，该第二二极管用于接收和吸收来自第一二极管的反向传播光能，并输出反向传播光能的测量结果作为吸收器反馈电流。比较器可以被配置为将吸收器反馈电流与参考电流进行比较，并输出比较信号，以及耦合到比较器的驱动器控制电路可以至少部分地基于比较信号来提供偏置信号。描述并要求保护了其他实施例。信号。描述并要求保护了其他实施例。信号。描述并要求保护了其他实施例。

【技术实现步骤摘要】
具有集成吸收器和光检测器的超辐射发光二极管


[0001]本公开总体涉及具有集成吸收器和光检测器的超辐射发光二极管。

技术介绍

[0002]超辐射发光二极管(Superluminescent diode，SLED)被用于有利地使用非相干或宽带光源而不是激光(相干光源)的应用。示例应用包括多模通信系统、光谱学和光纤陀螺仪。当光源(例如，激光二极管以及SLED)被集成在光子集成电路(PIC)上时，监视光电二极管通常耦合到PIC中的SLED的正面，以测量由SLED发射的光输出功率。然而，这种配置需要在正面使用分路器将部分光能耦合到光检测器，这会导致光损耗和测量不准确，并增加了组件数量、面积成本和功耗。

技术实现思路

[0003]本公开的第一实施例提供了一种用于超辐射发光二极管(SLED)的装置，包括：第一二极管，被适配在半导体管芯上，所述第一二极管被正向偏置以响应于电偏置信号而输出光能；第二二极管，被适配在所述半导体管芯上，所述第二二极管被反向偏置，所述第二二极管用于接收和吸收来自所述第一二极管的反向传播光能，并输出所述反向传播光能的测量结果作为吸收器反馈电流；比较器，用于将所述吸收器反馈电流与参考电流进行比较，并输出比较信号；以及驱动器控制电路，耦合到所述比较器，其中，所述驱动器控制电路用于至少部分地基于所述比较信号将所述电偏置信号提供给所述第一二极管。
[0004]本公开的第二实施例提供了一种用于提供反馈电流的方法，包括：在耦合到超辐射发光二极管(SLED)的增益部分的集成光检测器中接收来自所述增益部分的光能；在所述集成光检测器中从所述光能产生反馈电流；以及将所述反馈电流提供给功率控制电路。
[0005]本公开的第三实施例提供了一种系统，包括：光子集成电路，包括：超辐射发光二极管(SLED)，包括：增益部分，被适配在第一管芯上，所述增益部分用于响应于偏置信号而输出光能；以及吸收器/光检测器，被适配在所述第一管芯上，所述吸收器/光检测器用于接收来自所述增益部分的反向传播光能并输出所述反向传播光能的测量结果，其中，所述偏置信号是基于所述反向传播光能的测量结果的；以及光纤线圈，耦合到所述光子集成电路，所述光纤线圈用于接收和传送所述光能。
[0006]本公开的第四实施例提供了一种用于提供反馈电流的装置，包括：用于接收来自超辐射发光二极管(SLED)设备的增益设备的光能的光检测器设备；用于从所述光能来产生反馈电流的设备；以及用于向功率控制设备提供所述反馈电流的设备。
附图说明
[0007]图1是根据实施例的集成SLED的示意图。
[0008]图2是根据实施例的方法的流程图。
[0009]图3A和图3B分别是根据实施例的集成SLED的俯视图和截面图。
[0010]图4是根据实施例的系统的框图。
具体实施方式
[0011]在各种实施例中，可以通过将普通半导体管芯上的正向偏置增益部分与也用作集成光检测器的背面吸收器集成在一起来实现超辐射发光二极管(SLED)，该背面吸收器可以被实现为反向偏置二极管。通过在单个管芯上集成SLED和集成光检测器两者，可以实现更小的电路。更进一步地，与具有正面光检测器的配置相比，利用集成背面光检测器可以实现更大的功率灵敏度，因为由于缺少通过光分路器的衰减，由集成光检测器检测到的反向传播光对于给定的输出功率具有更大的强度。
[0012]通过将监视光检测器(MPD)集成到SLED中，可以减少器件的物理占用空间，并且可以通过消除对分路器的需要来提高器件的输出耦合效率。根据实施例的集成SLED具有后吸收器，该后吸收器在功能上兼用作如下两者：(1)反向传播光的吸收器，以及(2)检测由吸收的光产生的光电流的MPD。后吸收器是反向偏置的半导体二极管，其由与SLED的增益部分相同的材料制成。吸收器确保了没有足够的光反馈使得超辐射发光二极管成为激光器。吸收二极管被反向偏置以在高光功率操作下从器件中提取光生载流子(光电流)，其中光电流与光功率成正比。
[0013]某些实现方式也可以使用最先进的电子光子集成电路(EPIC)技术来实现片上自动功率控制(APC)反馈电路与SLED的集成。在这种布置中，公共管芯(包括具有集成光检测器的SLED)可以进一步包括电子电路，该电路可以用于表征由集成光检测器产生的光电流。以这种方式，光电流的测量结果可以被识别出来并与阈值电平进行比较。进而，可以将比较输出提供给控制电路，以控制提供给SLED的偏置电流，从而实现APC并且因此确保了SLED发射由用户定义的固定光输出功率。当然其他实现方式也是可能的。例如，集成SLED封装件可以包括多个管芯，包括具有集成SLED和集成光检测器的光子管芯和单独的管芯，例如具有电子电路的基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的管芯。
[0014]现在参考图1，图1示出了根据实施例的集成SLED的示意图。如图1所示，SLED 100包括增益部分110。在实施例中，增益部分110可以被实现为正向偏置二极管。增益部分110产生在期望或正向方向上输出的、具有光功率P
out
的光。该光源可以被提供给光子IC(PIC)，该PIC可以在例如集成陀螺仪或其他应用中使用该光源。
[0015]在SLED的背面(非输出侧)提供吸收器以消除反向传播的光。如果没有后吸收器，光反馈会导致SLED像激光器一样工作。通过在背面具有高的光吸收，即使在非常高的输入电流下，发光器件也可以被控制为作为SLED运行，因此发光器件保持在放大自发发射(ASE)的状态下，而不是像在激光器中那样的受激复合。
[0016]因此，如图所示，增益部分110进一步在不希望的或反向传播的方向上输出具有光功率P
bw
的光。这种反向传播的光能在吸收器部分120中被吸收。在本文的实施例中，吸收器部分120与增益部分110集成在一起并且可以被实现为反向偏置二极管。因为由于光生载流子被内置和外部施加的电场提取而不会发生吸收的饱和，所以对吸收器二极管进行反向偏置可以实现SLED的高功率运行。对吸收器二极管进行反向偏置允许其用作MPD，并且它扩展了吸收器充分吸收的光功率范围。因此，吸收器部分120不仅用作吸收器，而且还被配置为光电二极管以基于反向传播的光能来产生光电流I
吸收器
。作为光检测器的吸收器部分120将
光子流转换成电流，由此可以直接确定光功率。
[0017]仍然参考图1，该反馈信息(即，吸收器电流)被提供给吸收器控制电路130。在一些实现方式中，可以在具有增益部分110和吸收器部分120的公共半导体管芯或衬底上实现吸收器控制电路130。在其他情况下，吸收器控制电路130可以被实现为单独的组件。在任何情况下，吸收器控制电路130可以被配置为执行该反馈光电流I
吸收器
和参考电流I
ref
之间的比较。在各种实施例中，该参考电流可以基于用户输入，用户输入根据的是用户对于给定应用想要多少光功率。例如，用户定义的50毫瓦(mW)的光功率水平可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超辐射发光二极管(SLED)的装置，包括：第一二极管，被适配在半导体管芯上，所述第一二极管被正向偏置以响应于电偏置信号而输出光能；第二二极管，被适配在所述半导体管芯上，所述第二二极管被反向偏置，所述第二二极管用于接收和吸收来自所述第一二极管的反向传播光能，并输出所述反向传播光能的测量结果作为吸收器反馈电流；比较器，用于将所述吸收器反馈电流与参考电流进行比较，并输出比较信号；以及驱动器控制电路，耦合到所述比较器，其中，所述驱动器控制电路用于至少部分地基于所述比较信号将所述电偏置信号提供给所述第一二极管。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述比较器和所述驱动器控制电路被适配在所述半导体管芯上。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述比较器用于接收包括用户提供的值的所述参考电流。4.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述吸收器反馈电流大于所述参考电流时，所述驱动器控制电路用于降低所述电偏置信号的电平。5.根据权利要求1所述的装置，还包括：光子集成电路，所述光子集成电路包括所述半导体管芯。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，还包括：绝缘体上硅(SOI)衬底，其中，所述半导体管芯被适配在所述SOI衬底上并且第二半导体管芯被适配在所述SOI衬底上，所述第二半导体管芯包括所述比较器和所述驱动器控制电路中的至少一者。7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述第二二极管包括吸收器，所述吸收器还包括监视光检测器。8.根据权利要求7所述的装置，还包括：耦合在所述第一二极管和所述驱动器控制电路之间的第一接触件组，所述第一接触件组用于将所述电偏置信号提供给所述第一二极管。9.根据权利要求8所述的装置，还包括：耦合在所述第二二极管和所述比较器之间的第二接触件组，所述第二接触件组用于将所述吸收器反馈电流提供给所述比较器。10.一种用于提供反馈电流的方法，包括：在耦合到超辐射发光二极管(SLED)的增益部分的集成光检测器中接收来自所述增益部分的光能；在所述集成光检测器中从所述光能产生反馈电流；以及将所述反馈电流提供给功率控制电路。11.根据权利要求10所述的方法，还包括：在所述功率控制电路中将所述反馈电流与参考电流进行比较，并基于所述比较来输出比较信号；以及至少部分地基于所述比较信号向所述增益部分提供偏置电流。12.根据权利要求11所述的方法，还包括：经由第二接触件组向所述增益部分提供所述偏置电流，所述第二接触件组包括第一金属层的第二接触件和一个或多个第二金属层的多个接触件，所述SLED至少部分地由被适配在所述第一金属层和所述一个或多个第二金属层之间的p
‑
i
‑
n堆叠形成。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括：经由第一接触件组向所述功率控制电路提供所述反馈电流，所述第一接触件组包括第一金属层的第一接触件和一个或多个第二金属层的多个接触件，所述集成光检测器至少部分地由被适配在所述第一金属层和所述一个或多个第二金属层之间的p
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i
‑
n堆叠形成。14.一种系统，包括：光子集成电路，包括：超辐射发光二极管(SL...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡兰，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：