CN111164393A - 连接的外延光学感测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包括多个外延芯片的设备。外延芯片可具有光源和检测器中的一者或多者，其中该检测器可被配置为测量由光源发射的光的光学属性。在一些示例中，一个或多个外延芯片可具有不同于其他外延芯片的一个或多个光学属性。外延芯片可为能够相依地操作的。例如，位于一个外延芯片上的检测器可被配置用于通过一个或多个光学信号来测量由位于另一个外延芯片上的光源发射的光的光学属性。外延芯片的集合还可允许检测多个激光输出，其中两个或更多个外延芯片可具有不同的材料和/或光学属性。

Description

连接的外延光学感测系统
相关申请的交叉引用
本专利申请要求提交于2017年9月29日的美国临时专利申请62/566,027的权益，该申请的全部公开内容以引用的方式并入本文以用于所有目的。
技术领域
本发明整体涉及包括在设备中的多个能够相依地操作的外延芯片。更具体地讲，本发明涉及外延芯片，每个外延芯片包括检测器，所述检测器被配置用于测量由位于另一个外延芯片上的光源发射的光的光学属性。
背景技术
光学感测系统可用于许多应用，诸如微量气体检测、环境监测、生物医学诊断、电信和工业过程控制。在一些实例中，测量由光源发射的光的光学属性可能是有用的。例如，可监测发射的光的光学属性以确保光源被调谐至目标波长和/或目标功率密度。
能够监测由光源发射的光的光学属性的一种方法可以是在光学感测系统中包括直接测量所发射的光的检测器。光源可在与检测器不同的外延芯片上单独生长和处理，其中光学迹线可用于在光源和检测器之间路由信号。一些光学感测系统可包括集成的光子光学感测系统，其可包括多个光源和检测器。降低光学感测系统中包括的外延芯片的复杂性和数量的一种方法可以是将光源和检测器集成在相同的外延芯片上。外延芯片可被配置为独立地操作，其中在相同的外延芯片上，检测器可测量来自光源的所发射的光的光学属性。在一些实例中，独立操作可导致穿过一个或多个导电层从光源流到检测器的泄漏电流，其中该泄露电流可掩蔽检测器电流。
发明内容
本发明公开了一种包括多个外延芯片的设备。外延芯片可具有光源和检测器中的一者或多者，其中该检测器可被配置为测量由光源发射的光的光学属性。在一些示例中，一个或多个外延芯片可具有不同于其他外延芯片的一个或多个光学属性(例如，能带结构)。例如，外延芯片的集合可允许光学感测系统发射比单个外延芯片更宽的波长范围(例如，红色、绿色和蓝色)。外延芯片可为能够相依地操作的。例如，位于一个外延芯片上的检测器可被配置用于通过一个或多个光学信号来测量由位于另一个外延芯片上的光源发射的光的光学属性。外延芯片的集合还可允许检测多个激光输出，其中两个或更多个外延芯片可具有不同的材料和/或光学属性。在第一时间段期间，位于一个或多个第一外延芯片上的光源可被驱动，而位于一个或多个第二外延芯片上的检测器可被配置用于光学感测。在第二时间段期间，位于一个或多个第二外延芯片上的光源可被驱动，而位于一个或多个第一外延芯片上的检测器可被配置用于光学感测。在一些实例中，包括在相同外延芯片中的光源和检测器可通过形成沟槽而电隔离，该沟槽可比包括在外延晶圆中的一个或多个(例如，所有)导电层深。
附图说明
图1示出了根据本公开的示例的示例性设备的一部分的剖视图。
图2A示出了根据本公开的示例的包括位于单独的外延芯片上的光源和检测器的示例性设备的框图。
图2B示出了根据本公开的示例的外延芯片的示例性部分的框图。
图2C示出了根据本公开的示例的多个能够独立操作的外延芯片的剖视图。
图3A示出了根据本公开的示例的多个能够相依地操作的外延芯片的顶视图。
图3B示出了根据本公开的示例的多个能够相依地操作的外延芯片的剖视图。
图4A示出了根据本公开的示例的具有温度的示例性光传感器的能带结构的变化。
图4B示出了根据本公开的示例的位于不同的外延晶圆上的示例性光传感器和示例性检测器的能带结构。
图4C示出了来自示例性光源的增益曲线和来自示例性检测器的响应曲线，其中外延芯片能够根据本公开的示例独立操作。
图4D示出了根据本公开的示例的位于能够相依地操作的外延芯片上的示例性光源的增益曲线和示例性检测器的响应曲线。
图5示出了根据本公开的示例的用于操作包括多个能够相依地操作的外延芯片的设备的示例性流程。
图6示出了根据本公开的示例的包括多个外延芯片片的示例性设备的框图。
图7示出了根据本公开的示例的包括用于电隔离的沟槽的示例性外延晶圆的剖视图。
具体实施方式
在以下对示例的描述中将引用附图，在附图中以例示的方式示出了可被实施的特定示例。应当理解，在不脱离各个示例的范围的情况下，可使用其他示例并且可作出结构性改变。
现在将参照如附图所示的示例来详细描述各种技术和过程流步骤。在以下描述中，阐述了众多具体细节，以便提供对其中描述或提到的一个或多个方面和/或特征的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，对本文描述或引用的一个或多个方面和/或特征可以在不具有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，公知的过程步骤和/或结构未详细描述从而不会模糊对本文描述或引用的方面和/或特征中的一些。
而且，尽管可按照连续次序描述过程步骤或方法步骤，但是此类过程和方法可被配置为按照任意适合次序来工作。换句话讲，可在本公开中描述的步骤的任何序列或次序自身未指出需要按该次序执行步骤。此外，尽管被描述或暗示为非同时发生(例如，因为在其他步骤之后描述一个步骤)，但可以同时执行一些步骤。此外，在附图中借助其描述对过程的图示未暗示所示过程排除其他变型及其修改，未暗示所示过程或其步骤的任一个步骤必须为示例的一个或多个示例，并且未暗示所示过程为优选的。
本发明公开了一种包括多个外延芯片的设备。外延芯片可具有光源和检测器中的一者或多者，其中该检测器可被配置为测量由光源发射的光的光学属性。在一些示例中，一个或多个外延芯片可具有不同于其他外延芯片的一个或多个光学属性(例如，能带结构)。例如，外延芯片的集合可允许设备发射比单个外延芯片更宽的波长范围(例如，红色、绿色和蓝色)。外延芯片可为能够相依地操作的。例如，位于一个外延芯片上的检测器可被配置用于通过一个或多个光学信号来测量由位于另一个外延芯片上的光源发射的光的光学属性。外延芯片的集合还可允许检测多个激光输出，其中两个或更多个外延芯片可具有不同的材料和/或光学属性。在第一时间段期间，位于一个或多个第一外延芯片上的光源可被驱动，而位于一个或多个第二外延芯片上的检测器可被配置用于光学感测。在第二时间段期间，位于一个或多个第二外延芯片上的光源可被驱动，而位于一个或多个第一外延芯片上的检测器可被配置用于光学感测。在一些实例中，包括在相同外延芯片中的光源和检测器可通过形成沟槽而电隔离，该沟槽可比包括在外延晶圆中的一个或多个(例如，所有)导电层深。
在该部分描述了根据本公开的方法与装置的代表性应用。提供这些示例仅是为了添加上下文并有助于理解所述示例。因此，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，可在不具有具体细节中的一些或全部的情况下实践所述示例。其他应用是可能的，使得以下示例不应被当作是限制性的。
光学感测系统可在便携式(例如，紧凑型)电子设备中具有许多用途。图1示出了根据本公开的示例的设备的示例部分的剖视图。设备100可包括多个光源102、检测器130和光学器件单元129。如本文所用，术语“设备”可指可针对给定功能单独操作的单个独立部件，或可指包括一起操作以实现相同功能的多个部件的系统。设备100可包括光学部件，诸如多个光源102、检测器130和光学器件单元129。如本说明书通篇所用，系统诸如光学感测系统可包括设备。
光源102可被配置为发射光141。光源102可为能生成光的任何类型的源，包括但不限于激光器、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、电致发光(EL)源、量子点(QD)光源、超发光二极管、超连续谱光源、基于光纤的源或这些源中的一个或多个源的组合。在一些示例中，一个或多个光源102能够发射多个波长(例如，波长范围)的光。在一些示例中，一个或多个光源102可发射与其他光源102不同波长范围的光(例如，光谱中的不同颜色)。
来自光源102的光可使用一个或多个集成调谐元件104、光学迹线(未示出)、一个或多个多路复用器(未示出)和/或其他光学部件来组合。在一些示例中，可将集成调谐元件104、光学迹线和一个或多个复用器设置在基板142上。基板142可包括在单个光学平台中，诸如集成硅光子芯片。集成硅光子芯片也可被称为光子集成芯片(PIC)。设备100还可包括用于控制(例如，加热或冷却，包括稳定)光源102的温度的热管理单元101。一个或多个输出耦合器109可耦合到集成调谐元件104、光学迹线和/或复用器。输出耦合器109可被配置为对入射光束进行聚焦、收集、准直和/或影响(例如，定形)以形成光150，该光150可被引导朝向系统界面(例如，设备100的外部外壳)。
光可以是从光源102发出、由输出耦合器109准直并透射穿过光学器件单元129的光。光150的至少一部分可返回至设备100。所返回的光可透射穿过光学器件单元129并且可入射在检测器130上。在一些示例中，与光150相比，所返回的光可透射穿过光学器件单元129中包括的不同的光学器件。
在一些实例中，测量由光源发射的光的光学属性可能是有用的。例如，可测量光148的光学属性以确保光源被调谐至一个或多个目标波长。能够监测所发射的光的光学属性的一种方法可以是包括直接测量发射的光148的检测器。一些设备可包括多个光源和检测器，如果需要大量波长并且这些光源和检测器位于单独的外延芯片上，则这些光源和检测器可导致需要大量的外延芯片。
减少外延芯片的数量和复杂性的一种方法可以是将光源和检测器集成在相同的外延芯片上。图2A示出了根据本公开的示例的包括位于单独的外延芯片上的光源和检测器的示例性设备的框图。设备200可包括多个外延芯片201。每个外延芯片201可被配置为朝输出耦合器209发射光248。例如，可使用波导205将光248沿多个通道导向。如上所讨论，输出耦合器209可将光248重新导向出设备200。在一些示例中，一个或多个外延芯片201可具有不同于其他外延芯片201的一个或多个光学属性(例如，能带结构)。例如，外延芯片201A可被配置为发射具有第一波长范围(例如，红色)的光，外延芯片201B可被配置为发射具有第二波长范围(例如，绿色)的光，并且外延芯片201C可被配置为发射具有第三波长范围(例如，蓝色)的光。外延芯片201的集合可允许设备200发射比单个外延芯片201更宽的波长范围(例如，红色、绿色和蓝色)。
图2B示出了根据本公开的示例的示例性外延芯片的框图。外延芯片201可包括光源202、一个或多个波导205(可选)和检测器232。在一些示例中，外延芯片201可包括与各个波导相关联的多个分立检测器。来自一个或多个波导205中的一个或多个波导的输出可(例如，经由光学迹线)被路由至检测器232，使得检测器232可测量由光源202发射的光的光学属性(例如，监测功率密度)。例如，检测器232和光学迹线(例如，与光学信号204相关联)可位于相同的外延芯片上，并且外延芯片201可独立地操作(下文所述)，使得可生成光并且可测量所生成的光的属性而不需要附加的外延芯片。基于所测量的光学属性，检测器232可例如与控制器(未示出)通信以例如调节一个或多个波形来驱动光源202。
图2C示出了根据本公开的示例的多个能够独立操作的外延芯片的剖视图。外延芯片201A可包括光源202A和检测器232A。外延芯片201B可包括光源202B和检测器232B。在给定外延芯片内，检测器(例如，检测器232A)可被配置用于通过光学信号(例如，光学信号204A)来测量由光源(例如，光源202A)发射的光的光学属性。在操作期间，可同时驱动包括在相同外延芯片中的光源和检测器。即，外延芯片可独立地操作(例如，可不在外延芯片之间共享光学信号204)。同时驱动光源和检测器的一个影响可以是泄漏电流211。泄漏电流211可通过导电部分(例如，导电层234)从光源流至相同外延芯片中的检测器。在一些实例中，泄漏电流211的量可高于检测器电流，这可使漏电电流掩蔽检测器电流。掩蔽检测器电流可降低检测器准确确定发射的光的光学属性的可能性。
减少(或消除)泄漏电流的一种方法可以是将外延芯片配置为相依地操作。图3A示出了根据本公开的示例的包括光源的示例性设备的框图。设备300可包括多个外延芯片301。每个外延芯片301可包括多个波导305并可被配置为朝输出耦合器309发射光348。如上所讨论，输出耦合器309可将光348重新导向出设备300。在一些示例中，一个或多个外延芯片301可具有不同于其他外延芯片301的一个或多个光学属性(例如，能带结构)。例如，外延芯片301A可被配置为发射具有第一波长范围(例如，红色)的光，外延芯片301B可被配置为发射具有第二波长范围(例如，绿色)的光，并且外延芯片301C可被配置为发射具有第三波长范围(例如，蓝色)的光。
每个外延芯片301可包括光源302和检测器332。例如，外延芯片301A可包括光源302A和检测器332A。外延芯片301B可包括至少一个光源302B和至少一个检测器332B，并且外延芯片301C可包括光源302C和检测器332C。外延芯片301A可定位成与外延芯片301B相邻(即，没有位于它们之间的其他外延芯片)，外延芯片301B可定位成与外延芯片301C相邻。
在一些示例中，包括在相同外延芯片301上的光源302和检测器332可从相同的外延晶圆生长和工程化。也就是说，包括在光源302中的材料和包括在相同外延芯片301中的检测器332可相同。通过使用不同的偏压方案，相同的材料可被配置为以不同方式操作。即，光源302可被配置为作为光发射器来操作，并且检测器332可被配置作为光传感器。例如，可将正偏压(例如，+2V)施加到光源302，同时将负偏压(例如，-2V)施加到检测器332。
位于一个外延芯片(例如，外延芯片301B)上的检测器(例如，检测器332B)可被配置用于通过与相应的联动光源-光检测器组相关联的光学信号(例如，光学信号304A)来测量由位于另一个外延芯片(例如，外延芯片301A)上的光源(例如，光源302A)发射的光的光学属性。在一些示例中，在联动的光源-光检测器组内，该检测器可被包括在与其中包括该光源的外延芯片邻近(例如，相邻)的外延芯片中。本公开的示例可包括联动的光源-光检测器组中包括的任何数量的光源和光检测器。
例如，检测器332B可测量来自光源302A的光学信号304A的光学属性。又如，检测器332C可测量来自光源302B的光学信号304B的光学属性。以此方式，外延芯片301可相依地操作。输出耦合器309可接收相同的光348并且可不受外延芯片301的相依操作的影响。通过将光源和检测器电分离到不同的外延芯片301上，可以防止或减少两个光学部件之间的泄漏电流(例如，图2C所示的泄漏电流211)。
尽管该图示出了三个外延芯片，但是本公开的示例可包括任何数量的外延芯片。附加地，尽管该图将每个外延芯片示出为包括一个光源、三个波导和一个检测器，但本公开的示例不限于给定外延芯片201上的这些特定数量的光学部件。附加地，本公开的示例不限于这些类型的光学部件。
图3B示出了根据本公开的示例的多个能够相依地操作的外延芯片的剖视图。如上所讨论，第三外延芯片(例如，外延芯片301B)上的检测器(例如，检测器332B)可被配置为测量由第一外延芯片(例如，301A)上的光源(例如，光源302A)发射的光的光学属性。在操作期间，第三外延芯片(例如，外延芯片301B)上的光源(例如，光源302B)可与位于相同外延芯片上的检测器(例如，检测器332B)同时被激活(例如，发射光)。在一些实例中，即使泄漏电流可与跟检测器所关联的光学信号不同的光学信号相关联，但是在相同外延芯片上的光源和检测器之间也可存在泄漏电流。例如，外延芯片301A和外延芯片301B的同时操作可使泄漏电流在外延芯片301B上从光源302B流到检测器332B。检测器332B可产生电信号，该电信号可包括对光学信号304A的一个或多个属性的指示。该电信号也可不正确地包括来自光源302B的泄漏电流(例如，来自光源302B)。为了防止或减少泄漏电流，可以某种方式(下文将详细讨论)来操作外延芯片。
虽然该图示出了测量一个光源的光学属性的一个检测器，但本公开的示例可包括光学地耦合到任意数量的光源的任意数量的检测器。例如，一个检测器可经由使用光学迹线路由的光学信号来测量多个光源的光学属性。来自多个光源的光学信号可被组合或以时间多路复用方式传输至检测器。又如，一个光源的光学属性可通过多个检测器来测量。附加地或另选地，本公开的示例不限于包括不同类型的光学部件的外延芯片。例如，至少一个外延芯片可仅包括一个或多个光源，并且至少一个外延芯片可仅包括一个或多个检测器。
除了减少泄漏电流之外，能够相依地操作的外延芯片还可利用两个不同光学部件之间的操作温度差。图4A示出了根据本公开的示例的具有温度的示例性光传感器的能带结构的变化。在第一温度(例如，激光开始激光照射之前的温度)下，光源可具有包括带隙能量416的能带结构424。所发射的光的发射波长可对应于其带隙能量，因此该带隙能量的变化可改变该发射波长。在第二温度(例如，激光开始激光照射之后的温度，其可为更高的温度)下，光源可具有包括带隙能量417的能带结构425。在一些示例中，第一温度可为光源处于不活动状态(例如，未施加驱动波形)时的该光源的温度，并且第二温度可为光源处于活动状态(例如，施加非零驱动波形)时的该光源的温度。也就是说，光源的温度升高可减小其带隙能量并且可将发射波长转变为更长的波长。
在一些实例中，检测器可不像光源那样对温度变化敏感。如果光源和检测器被包括在相同的外延晶圆中，则用于这两种光学部件的材料可相同，如上所讨论。当用于这两种光学部件的材料相同时，这两种光学部件的带隙能量可为相同的。如果光源的带隙由于例如载波注入而改变，而对应的检测器的带隙不改变，则带隙的差异可阻止该检测器吸收(即，检测)由光源发射的光(例如，较低能量和较长发射波长)中的至少一些。
如果光源和检测器被包括在不同的外延晶圆(例如，具有不同带隙的用不同材料生长的外延晶圆)中，则可减小带隙的差异。图4B示出了根据本公开的示例的位于不同的外延晶圆上的示例性光传感器和示例性检测器的能带结构。例如，光源可包括在具有的带隙比其中可包括检测器的外延芯片长(例如，由于材料生长的差异)的外延芯片中。如上所讨论，在第一温度下，光源可具有包括带隙能量416的能带结构424。在第二(例如，高于第一)温度下，光源可经历到能带结构425和带隙能量417的光学转变。在第一温度和第二温度两者下，检测器可具有包括带隙能量419的能带结构427。在一些示例中，带隙能量417和带隙能量419可相同。当处于活动状态时，带隙的差异可小到几乎不存在，并且可允许检测器吸收所发射的光的大部分或全部。
相依地操作外延芯片也可提高该设备的效率。图4C示出了来自示例性光源的增益曲线和来自示例性检测器的响应曲线，其中外延芯片能够根据本公开的示例独立操作。光源可具有增益曲线440，并且检测器可具有响应曲线446。如图所示，其中发生光源的最大增益441的波长可不同于其中发生检测器的最大响应443的波长，并且这被称为差异445。相依地操作外延芯片可使检测器的响应曲线446相对于光源的增益曲线440转变，如图4D所示。响应曲线443中的转变可允许光源的最大增益441更靠近(例如，在5％以内)检测器的最大响应447，这可提高设备的效率。
图5示出了根据本公开的示例的用于操作包括多个能够相依地操作的外延芯片的设备的示例性流程。在第一时间段期间，位于一个或多个第一外延芯片上的一个或多个光源可被驱动，而位于相应联动的一个或多个外延芯片上的检测器可被配置用于光学感测。这样，联动的外延芯片可不被配置为同时具有相同的操作模式。例如，联动的外延芯片可包括一对外延芯片，其中一个外延芯片可一直发射光，而另一个外延芯片可一直检测光。在一些示例中，联动的光源-光检测器组内的光学部件可以时间-多路复用方式工作。
在一些示例中，第一外延芯片可被第二外延芯片围绕，并且第二外延芯片可被第一外延芯片围绕。在第二时间段期间，位于一个或多个第二外延芯片上的光源可被驱动，而位于一个或多个第一外延芯片上的检测器可被配置用于进行光学感测。例如，每个偶数外延芯片可被配置用于光发射，并且每个奇数外延芯片可被配置用于检测所发射的光的光学属性。可以同时激活联动(例如，共享光学信号)的光源-光检测器组的每个光学部件。
在一些示例中，可在属于相同光源-光检测器对的检测器开始感测之前驱动光源。例如，设备可包括六个外延芯片。位于第一外延芯片上的第一光源、位于第三外延芯片上的第三光源和位于第五外延芯片上的第五光源可被驱动(过程550的步骤552、步骤554和步骤556)。在一些实例中，第一光源、第三光源等可同时操作。位于第二外延芯片上的第二检测器、位于第四外延芯片上的第四检测器和位于第六外延芯片上的第六检测器可被配置用于光学感测(过程550的步骤562，步骤564和步骤566)。在一些实例中，第二检测器、第四检测器等可同时操作。位于第二外延芯片上的第二光源和位于第四外延芯片上的第四光源可被驱动(过程550的步骤572和步骤574)。位于第三外延芯片上的第三检测器和位于第五外延芯片上的第五检测器可被配置用于光学感测(过程550的步骤582和步骤584)。
在一些示例中，第一外延芯片和/或第二外延芯片可具有不同于其它外延芯片的一个或多个结构和/或功能。图6示出了根据本公开的示例的包括多个外延芯片片的示例性设备的框图。系统600可包括多个外延芯片601。多个外延芯片601可包括第一外延芯片601A和第二外延芯片片601N，其中剩余的外延芯片601B-601M可位于第一外延芯片601A和第二外延芯片601N之间。例如，第一外延芯片601A可仅具有一个相邻芯片(例如，第三外延芯片601B)。
第一外延芯片601A的检测器(例如，检测器632A)可不与光学信号604相关联。然后，第一外延芯片的检测器(例如，检测器632A)可以是不活动的(例如，“哑”检测器)。也就是说，“哑”检测器632A可具有位于第一外延芯片601A上的结构，但可不在哑检测器632A上施加偏压。在一些示例中，第一外延芯片601A可不包括检测器(未示出)，相反，可仅包括光源(例如，光源602A)。另选地，第一外延芯片601A的检测器可不连接(即，去激活)到用于操作该检测器的任何电路，而位于其他外延芯片上的其他检测器可连接到电路。这样，外延芯片中的一些或所有外延芯片可以相同的方式生长和处理，其中一些(例如，第一和/或第二)外延芯片的操作可不同于其它外延芯片的操作。
相似地，第二外延芯片601N(例如，具有总共十个外延芯片的设备中的第十个外延芯片)可仅具有一个相邻芯片(例如，第四外延芯片601M)，因此第二外延芯片601N的光源(例如，光源602N)可不与检测器所测量的光学信号604相关联。在一些实例中，第二外延芯片601N的光源可由位于相同外延芯片601N上的检测器来测量。检测器(例如，检测器632N)可被配置为测量从多个光源(例如，光源602M和光源602N)发射的光的光学属性。该光学信号可由检测器组合和集中测量，或者可被时间多路复用。
第二外延芯片601N的光源(例如，光源602N)可为不活动的(例如，“哑”光源)。在一些示例中，第二外延芯片601N可不包括光源，相反，可仅包括检测器632N。另选地，第二外延芯片601N的光源可不连接(即，去激活)到用于操作光源的电路，而其他外延芯片的其他光源可连接到电路。在一些示例中，第二外延芯片601N可包括光源602N，该光源的光学属性可不由检测器直接测量。在一些示例中，外延芯片(例如，第二外延芯片601N)可包括与其相邻外延芯片(例如，外延芯片601M)相同的材料，但可被配置为通过将外延芯片加热或冷却至不同(例如，更高)的温度以不同(例如，较小)的带隙能量操作。
尽管图中未示出，但本公开的示例可包括一个或多个外延芯片，该一个或多个外延芯片在光学部件的类型方面可相对于其他外延芯片有所不同。例如，第一外延芯片601A可不包括检测器并且/或者第二外延芯片601N可不包括光源。附加地或另选地，外延芯片可包括使用例如一个或多个沟槽(下文讨论)与该相同外延芯片上的其他光学部件隔离的光学部件。
减少包括在信号中的泄漏电流的量的另一种方法可以是将包括在相同外延芯片中的光源和检测器电隔离。图7示出了根据本公开的示例的包括用于电隔离的沟槽的示例性外延晶圆的剖视图。外延芯片701可包括由包括导电层734的材料叠堆形成的光源702和检测器732。可在光源702和检测器732之间形成沟槽723以电隔离这些结构。在一些示例中，沟槽723可比导电层734深(例如，相对于外延芯片701的顶部)，使得可不在光源702和检测器732之间形成用于漏电流的路径。在一些示例中，利用电隔离结构，该设备可包括耦合到光源、检测器或者光源和检测器的加热器。该加热器可以是独立于其它加热器来控制温度(例如，加热一个或多个结构)的单独加热器。例如，第一加热器可控制光源的温度，并且第二加热器可控制检测器的温度。第一加热器可不影响检测器的温度，并且第二加热器可不影响光源的温度。
虽然该图将外延芯片示出为包括一个沟槽、一个光源和一个检测器，但本公开的示例可包括任意数量的沟槽、光源和检测器。
本文公开了一种设备。所述设备可包括：多个外延芯片，所述多个外延芯片包括第一外延芯片和第二外延芯片，所述第一外延芯片包括被配置作为发射光的光源的至少一个第一结构，并且所述第二外延芯片包括被配置作为检测光的检测器的至少一个第二结构，其中来自相邻外延芯片的所发射的光具有不同的光学属性，其中所述第二外延芯片被配置为检测由包括在所述多个外延芯片中的另一个外延芯片中的至少一个第一结构发射的光。附加地或另选地，在一些示例中，所述多个外延芯片还包括外延芯片的子组，每个子组包括：被配置作为发射光的光源的至少一个第一结构，以及被配置作为检测来自另一个外延芯片中的至少一个第一结构的光的检测器的至少一个第二结构。附加地或另选地，在一些示例中，外延芯片的子组中的每个子组包括与第一带隙能量相关联的第一材料，其中所述另一个外延芯片包括与第二带隙能量相关联的第二材料，其中所述第一带隙能量不同于所述第二带隙能量。附加地或另选地，在一些示例中，所述第一带隙能量短于所述第二带隙能量。附加地或另选地，在一些示例中，所述第一材料随着温度的升高而改变为所述第二带隙能量。附加地或另选地，所述多个外延芯片中的至少两个外延芯片包括与不同带隙能量相关联的不同材料。附加地或另选地，所述不同材料包括第一材料和第二材料，并且所述不同带隙能量包括第一带隙能量和第二带隙能量，所述第一材料具有所述第一带隙能量，并且所述第二材料具有所述第二带隙能量，其中所述第一材料随着温度升高能够具有所述第二带隙能量。附加地或另选地，在一些示例中，外延芯片的所述子组中的至少一个子组和所述第二外延芯片包括相同的一种或多种材料。附加地或另选地，在一些示例中，多个外延芯片中的至少两个外延芯片包括相同的一种或多种材料。附加地或另选地，在一些示例中，所述另一个外延芯片为相邻外延芯片。附加地或另选地，在一些示例中，所述第一外延芯片的所述至少一个第一结构具有增益曲线，其中所述第二外延芯片的所述至少一个第二结构具有响应曲线，并且其中所述增益曲线的最大值与所述响应率曲线的最大值重合。附加地或另选地，在一些示例中，相同的外延芯片的所述至少一个第一结构和所述至少一个第二结构包括所述相同的一种或多种材料。附加地或另选地，在一些示例中，所述第一外延芯片还包括至少一个第二结构，所述第一外延芯片的所述至少一个第二结构不被配置作为检测光的检测器。附加地或另选地，在一些示例中，所述第一外延芯片和所述第二外延芯片中的一者或多者不包括其他结构。附加地或另选地，在一些示例中，所述第二外延芯片还包括至少一个第一结构，所述第二外延芯片的所述至少一个第一结构不被配置作为发射光的光源。
本发明公开了一种操作设备的方法。该方法可包括：在第一时间段期间：使用位于第一外延芯片上的第一结构从所述第一外延芯片发射第一光，其中所述第一外延芯片包括所述第一结构和第二结构，所述第一结构被配置作为发射光的光源，并且所述第二结构被配置作为检测光的检测器；以及使用位于第二外延芯片中的第二结构检测所发射的第一光，其中所述第二外延芯片包括第一结构和所述第二结构，所述第二结构被配置作为检测光的检测器。附加地或另选地，在一些示例中，从所述第一外延芯片发射所述第一光包括将包括在所述第一外延芯片中的所述第一结构偏压至第一电压，所述方法还包括：将包括在所述第一外延芯片中的所述第二结构偏压至第二电压，所述第一电压不同于所述第二电压。附加地或另选地，在一些示例中，从所述第一外延芯片发射所述第一光包括增加包括在所述第一外延芯片中的所述第一结构的温度，直到所述第一外延芯片中的所述第一结构的带隙能量与所述第二外延芯片中的所述第二结构的带隙能量相同。附加地或另选地，在一些示例中，所述方法还包括：在所述第一时间段期间：使用位于第三外延芯片上的第一结构从所述第三外延芯片发射第二光，其中所述第三外延芯片包括所述第一结构和第二结构，所述第一结构被配置作为发射光的光源，并且所述第二结构被配置作为检测光的检测器；以及使用位于第四外延芯片上的第二结构检测所发射的第二光，其中所述第四外延芯片包括第一结构和所述第二结构，所述结构被配置作为检测光的检测器，其中发射所述第一光和发射所述第二光同时发生。附加地或另选地，在一些示例中，所述方法还包括：在第二时间段期间：使用位于所述第二外延芯片上的所述第一结构发射第三光；使用位于第三外延芯片上的第二结构检测所发射的第三光，其中所述第三外延芯片包括位于所述第三外延芯片上的第二结构，其中所述第三外延芯片包括所述第二结构，所述第二结构被配置作为检测光的检测器。附加地或另选地，在一些示例中，所述方法还包括：增加所述第一外延芯片的温度，直到所述第一外延芯片中的所述第一结构的带隙能量不同于所述第二外延芯片的带隙能量，其中所述第一外延芯片和所述第二外延芯片包括所述相同的一种或多种材料。附加地或另选地，在一些示例中，在所述第一时间段期间：去激活包括在所述第一外延芯片中的所述第二结构。附加地或另选地，在一些示例中，所述方法还包括：在所述第一时间段期间：去激活包括在所述第二外延芯片中的所述第一结构。
本文公开了一种设备。所述设备可包括：多个外延芯片，其中每个外延芯片包括：至少一个第一结构，其中所述第一结构被配置作为发射光的光源；和至少一个第二结构，其中所述第二结构被配置作为检测光的检测器，其中：所述多个外延芯片中的至少一个外延芯片包括被配置作为用于所述光源的波导的导电层以及被配置为将所述至少一个第一结构与所述至少一个第二结构电隔离的沟槽，其中所述沟槽形成为比所述导电层深。
虽然参照附图对公开的示例进行了全面的描述，但应注意，各种改变和修改对于本领域内的技术人员而言将变得显而易见。应当理解，此类改变和修改被认为包括在由所附权利要求所限定的所公开的示例的范围内。

Claims (20)

1.一种设备，所述设备包括：
多个外延芯片，所述多个外延芯片包括第一外延芯片和第二外延芯片，
所述第一外延芯片包括发射第一光的第一光源和能够检测光的第一检测器，并且
所述第二外延芯片包括发射第二光的第二光源和检测所述第一光的第二检测器，
其中所述第一光和所述第二光具有不同的光学属性。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一外延芯片包括在温度下具有第一带隙能量的第一材料，并且所述第二外延芯片包括在所述温度下具有第二带隙能量的第二材料。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一材料能够随着所述温度的升高而具有所述第二带隙能量。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一外延芯片与所述第二外延芯片相邻。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一光源在波长下具有最大增益，并且
其中所述第二光源在所述波长下具有最大响应。
6.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括用于操作所述多个外延芯片的电路，其中所述第一检测器不连接到所述电路。
7.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括用于操作所述多个外延芯片的电路，其中所述多个外延芯片还包括第三外延芯片，所述第三外延芯片包括能够发射光的第三光源，其中所述第三光源不连接到所述电路。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个外延芯片包括第三外延芯片，所述第三外延芯片包括光源且不包括检测器。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个外延芯片包括第三外延芯片，所述第三外延芯片包括检测器且不包括光源。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个外延芯片各自包括多个波导。
11.一种操作设备的方法，所述方法包括：
在第一时间段期间：
从包括在第一外延芯片中的第一光源发射第一光，
其中所述第一外延芯片包括所述第一光源和第一检测器；
使用包括在第二外延芯片中的第二检测器检测所述第一光，
其中所述第二外延芯片包括第二光源和所述第二检测器；以及
在第二时间段期间：
从所述第二光源发射第二光，
其中所述第一光具有第一带隙能量并且所述第二光具有第二带隙能量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中从所述第一光源发射所述第一光包括将所述第一光源偏压至第一电压，所述方法还包括：
在第三时间段期间：
将所述第一检测器偏压到第二电压，所述第一电压不同于所述第二电压。
13.根据权利要求11所述的方法，其中从所述第一光源发射所述第一光包括增加所述第一光源的温度，直到所述第一带隙能量等于所述第二带隙能量。
14.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
在所述第一时间段期间：
从包括在第三外延芯片中的第三光源发射第三光；以及
使用包括在第四外延芯片中的第四检测器检测所述第三光，
其中所述第一光和所述第三光是同时发射的。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一光和所述第三光被同时检测到。
16.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
在第二时间段期间：
从第四光源发射第四光，所述第四光源包括在第四外延芯片中，
其中所述第二光和所述第四光是同时发射的。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括：
在所述第一时间段期间，去激活所述第一检测器。
18.根据权利要求11所述的方法，还包括：
在所述第一时间段期间，去激活所述第二光源。
19.一种设备，所述设备包括：
多个外延芯片，其中所述多个外延芯片中的至少一个外延芯片包括：
光源和检测器，
导电层，所述导电层被配置作为用于所述光源的波导，和
沟槽，所述沟槽电隔离所述光源和所述检测器，其中所述沟槽比所述导电层深。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述多个外延芯片中的所述至少一个外延芯片还包括：
第一加热器，所述第一加热器用于控制所述光源的温度；和
第二加热器，所述第二加热器用于控制所述检测器的温度，其中所述第一加热器不影响所述检测器的温度，并且所述第二加热器不影响所述光源的温度。
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