CN116888748A - 光子集成芯片 - Google Patents

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Abstract

光子集成芯片被配置为发送器‑接收器芯片。光子集成芯片包括光发射器、光检测器、多模干涉耦合器和模场适配器。光发射器发射的光被引导至形成在多模干涉耦合器下方的芯层，并进一步引导至模场适配器，用于将光传输至与光子集成芯片耦合的光纤。类似地，模场适配器从光纤接收到的光传播到芯层，并由多模干涉耦合器引导到光检测器中。该光子集成芯片用于实现光纤陀螺仪电路的单个发射接收模块，该模块基于在基板上通过晶圆制造实现光子元件的单片集成。该光子集成芯片制造成本低、尺寸小并且坚固。

Description

光子集成芯片
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月16日向美国专利局提交的美国临时申请No.US 63/126174的优先权。上述引用的申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开的各种实施例一般地涉及收发器电路。更具体地，本公开的各个实施例涉及光子集成芯片。
背景技术
重量轻、结构紧凑的光纤陀螺仪(FOG)是无人驾驶飞行器(UAV)、无人机和机器人自动化等新兴市场中导航应用的关键推动因素之一。传统上，此类传感器系统的制造商一直使用基于FOG的导航系统。通常，FOG使用光纤传感器线圈、相位调制器和发射-接收光学电路，该电路由多个分立光学组件组成，例如超辐射发光二极管(SLED)、定向耦合器和PIN光电探测器，这些组件均采用光纤熔接一起，形成用于SAGNAC干涉测量的光学电路。然而，为了制造这种发射-接收光学电路，需要通过执行多次光纤熔接操作来手动组装多个分立光学元件，以实现保偏光纤(PMF)连接。由于FOG系统的物理尺寸尽可能小是一项重要要求，因此FOG系统制造商必须将发射-接收电路的子组装与传感电路紧密集成，以确保紧凑的组装结果，这是不希望的。
综上所述，需要一种技术方案来克服FOG中的发射-接收电路中的上述问题。
发明内容
基本上如至少一幅附图所示并结合至少一幅附图所描述的，提供了用于光纤陀螺仪(FOG)的磷化铟(InP)光子集成收发器。
在一个实施例中，公开了一种光子集成芯片。该光子集成芯片包括光发射器、光检测器、多模干涉耦合器和模场适配器。光发射器被配置为发射光。模场适配器被配置成以下至少之一：(i)基于光发射器发射的光发射光和(ii)接收光。基于模场适配器对所接收的光的接收，光检测器被配置为检测所接收的光。光发射器和光检测器形成在多模干涉耦合器上方，并且模场适配器形成为邻近多模干涉耦合器。多模干涉耦合器将光发射器耦合到模场适配器，使得发射的光从光发射器传播到模场适配器，并且多模干涉耦合器将光检测器耦合到模场适配器，使得发射光从光发射器传播到模场适配器。接收到的光从模场适配器传播到光检测器。
在一些实施例中，光子集成芯片还包括光电二极管。光发射器在其前端面处耦合到多模干涉耦合器，并且光发射器的后端面耦合到光电二极管。
在一些实施例中，光检测器的背面和光电二极管的背面涂覆有抗反射涂层。
在一些实施例中，光发射器是超辐射发光二极管。
在一些实施例中，光检测器是光电检测器。
在一些实施例中，光子集成芯片由多个层形成，这些层包括衬底、无源波导芯层、无源波导包层、第一蚀刻停止层、N-接触层、第二蚀刻停止层、N-包覆层、有源层、P-包覆层和P-金属层。无源波导芯层生长在衬底上方。无源波导芯层被配置为第一芯。第一芯与衬底晶格匹配，并且第一芯是未掺杂的。无源波导包层生长在无源波导芯层上。第一波导路径、第二波导路径和第三波导路径由无源波导包层形成。第三波导路径的输出端呈锥形以形成模场适配器。第一蚀刻停止层生长在无源波导包层上。N-接触层生长在第一蚀刻停止层上。第二蚀刻停止层生长在N-接触层上。N-包覆层生长在第二蚀刻停止层上。有源层被配置为第二芯并生长在N-包覆层上。与第一芯相比，第二芯具有较低的带隙。P-包覆层生长在有源层上。P-金属层生长在P-包覆层上。
在一些实施例中，P-包覆层、有源层和N-包覆层被图案化以形成光发射器。光发射器形成在第一波导路径上方，并且第二芯被锥形化，使得发射的光通过第二芯与第一芯之间的绝热耦合从第二芯传播到第一芯。
在一些实施例中，P-包覆层、有源层和N-包覆层被图案化以形成光检测器。光检测器形成在第二波导路径上方，并且第二芯呈锥形，使得接收到的光通过第一芯与第二芯之间的绝热耦合从第一芯传播到第二芯。
在一些实施例中，隔离沟槽在模场适配器的输出端附近以倾斜角度形成。隔离沟槽形成在无源波导芯层上。
在一些实施例中，P-包覆层、有源层和N-包覆层被图案化以形成光检测器。光检测器形成在第二波导路径上方，并且第二芯呈锥形，使得接收到的光通过第一芯与第二芯之间的绝热耦合从第一芯传播到第二芯。
在一些实施例中，有源层包括量子阱堆叠。量子阱堆叠中的每个相邻量子阱由相应的势垒层分隔。
在一些实施例中，光子集成芯片还包括第三芯层和第三包覆层。第三芯层被配置为第三芯。第三芯形成在衬底上，并且第三芯相对于衬底具有较低的折射率。第一芯呈锥形，实现以下至少之一：(i)发射的光从第一芯传播到第三芯，以及(ii)接收的光从第三芯传播到第一芯中。第三包覆层形成在第三芯之上。无源波导芯层形成在第三包覆层上方。
在一些实施例中，第三芯包括多个交替的薄磷化铟镓砷化物(InGaAsP)层和厚InP层。每个薄InGaAsP层的厚度为30纳米-40纳米(nm)，每个厚InP层的厚度为500nm-550nm。
在一些实施例中，模场适配器的输出端是锥形的，用于与光纤耦合。
在一些实施例中，光子集成芯片通过导热材料安装并接合在陶瓷热沉(ceramicsubmount)上，并且光子集成芯片被包括在光纤陀螺仪电路中。
在一些实施例中，光子集成芯片被分成多个通道，包括第一通道、第二通道和第三通道。多个通道中的每个通道与多个通道中的其他通道隔离。第一通道包括光发射器、光检测器、模场适配器、和多模干涉耦合器。第二通道和第三通道中的每一个包括对应的光发射器、对应的光检测器、对应的模场适配器和对应的多模干涉耦合器。
在另一个实施例中，公开了一种制造光子集成芯片的方法。该方法包括在衬底上方生长无源波导芯层；在无源波导芯层上生长无源波导包层；在无源波导包层上形成第一多个层；在第一多个层上生长第二多个层；图案化第二多个层以形成光发射器和光检测器；以及图案化无源波导包层。图案化的无源波导包层的第一波导路径、第二波导路径和第三波导路径形成多模干涉耦合器。光发射器形成在第一波导路径上方，以及光检测器形成在第二波导路径上方。该方法还包括图案化无源波导包层的第三波导路径的一端以形成模场适配器。多模干涉耦合器、光发射器、模场适配器和光检测器形成光子集成芯片。
在一些实施例中，在无源波导包层上形成第一多个层包括在无源波导包层上生长第一蚀刻停止层；在第一蚀刻停止层上生长N-接触层；在N-接触层上生长第二蚀刻停止层；在图案化第二多个层之后，图案化第一蚀刻停止层、N-接触层和第二蚀刻停止层中的每一个。
在一些实施例中，在第一多个层上生长第二多个层包括在第二蚀刻停止层的顶部上生长N-包覆层；在N-包覆层上生长有源层；以及在有源层上生长P-包覆层。
在一些实施例中，图案化第二多个层包括蚀刻P-包覆层、有源层和N-包覆层以形成光发射器和光检测器中的至少一个；在光发射器的第一侧和光检测器的第二侧形成深隔离沟槽；在图案化的P-包覆层的顶部形成P金属层；以及在第二蚀刻停止层的每侧和图案化的N-接触层的顶部形成N金属接触层。
通过阅读本公开的以下详细描述以及附图，可以理解本公开的这些和其他特征和优点，在附图中，相同的附图标记自始至终指代相同的部件。
附图说明
附图示出了本公开的系统、方法和其他方面的各种实施例。对于本领域技术人员来说显而易见的是，图中所示的元素边界(例如，框、框组或其他形状)表示边界的一个示例。在一些示例中，一个元件可以被设计为多个元件，或者多个元件可以被设计为一个元件。在一些示例中，被示为一个元件的内部组件的元件可以被实现为另一元件中的外部组件，反之亦然。
本公开的各种实施例通过示例的方式示出，并且不受附图限制，其中相似的附图标记表示相似的元件：
图1是示出了现有三轴光纤陀螺仪电路的示意图；
图2是示出了根据本公开的示例性实施例的光纤陀螺仪电路的示意图；
图3是示出了根据本公开的示例性实施例的图2的光纤陀螺仪电路的发射器-接收器(TRX)-光子集成电路(PIC)模块的示意图；
图4是示出了根据本公开的示例性实施例的TRX-PIC模块的截面图的示意图；
图5是示出了根据本公开的示例性实施例的图3的TRX-PIC模块的光子集成芯片的单通道的顶视图的示意图；
图6是根据本公开的示例性实施例的图5的光子集成芯片的多个层的截面图；
图7是根据本公开的示例性实施例的图5的光子集成芯片中从第一光发射器的第一芯到第二芯的光传输路径的截面图；
图8是根据本公开的另一示例性实施例的从图5的光子集成芯片中的光检测器的第一芯到第二芯的光接收路径的截面图；
图9A是示出了根据本公开的示例性实施例的图6的多个层的无源波导包层下方的第一芯的横截面图的示意图；
图9B是示出了根据本公开的另一示例性实施例的图6的多个层的无源波导包层下方的第一芯的横截面图的示意图；
图10是示出了根据本公开的另一个示例性实施例的用于光隔离的图5的光子集成芯片的布局的顶视图的示意图；
图11是示出了根据本公开的另一个示例性实施例的沿图10的光子集成芯片的布局的A-A'轴的截面图的示意图；
图12是示出了根据本公开的另一示例性实施例的采用三个光芯的光子集成芯片的截面图的示意图；
图13A和13B表示用于制造根据本公开的实施例的图6的多个层的层结构的流程图；
图14表示用于形成根据本公开的实施例的图6的多个层中的第一多个层的流程图；
图15表示根据本公开的实施例的用于生长图6的多个层中的第二多个层的流程图；以及
图16表示根据本公开的实施例的用于形成图6的多个层中的第一隔离沟槽、第二隔离沟槽、P金属层和N金属层的流程图。
具体实施方式
参考在此阐述的详细附图和描述可以最好地理解本公开。下面参考附图讨论各种实施例。然而，本领域技术人员将容易理解，本文相对于附图给出的详细描述仅出于解释目的，因为方法和系统可以延伸超出所描述的实施例。在一个示例中，所呈现的教导和特定应用的需要可以产生多种替代且合适的方法来实现本文描述的任何细节的功能。因此，任何方法都可以超出下面所描述和示出的实施例中的特定实施选择。
提及“一个实施例”、“另一个实施例”、“又一个实施例”、“一个示例”、“另一个示例”、“又一个示例”、“例如”等，表明如此描述的实施例或示例可以包括特定的特征、结构、特性、属性、元素或限制，但是并非每个实施例或示例都必须包括该特定的特征、结构、特性、属性、元素或限制。此外，重复使用短语“在一个实施例中”并不一定指代相同的实施例。
本公开涉及用于光纤陀螺仪(FOG)的磷化铟(InP)光子集成收发器。本公开涉及通过在磷化铟(InP)衬底上进行晶圆制造，基于关键光子元件的单片集成，将3轴发射-接收电路(下文中可互换地称为“收发器”)实现为单个单元。为了实现本公开的FOG，传统的三轴发射-接收电路被单个单元收发器光子集成芯片(TRX-PIC)模块取代。
图1是示出了传统三轴光纤陀螺仪电路100的示意图。传统三轴光纤陀螺仪电路100包括具有分立光学组件的发射-接收电路102。在光纤陀螺仪电路100中，与相应轴关联的三个光纤陀螺仪FOG1-FOG3(即，与X轴关联的FOG1、与Y轴关联的FOG2、与Z轴关联的FOG3)共用一个独立的高功率超辐射发光二极管(SLED)光源104。SLED光源104耦合到一系列定向耦合器(DC1-DC5)，其在每个轴的每个光纤环路中几乎均等地分配光功率。环路循环的光被引导回定向耦合器DC1-DC5进入P-本质-N场效应晶体管(PINFET)106、108和110，用于检测由SLED光源104发射的光。一组跨阻放大器STA将从PINFET 106、108和110接收的与三个轴相关的光电流信号转换成馈入信号处理器128的电压信号。
三个光纤陀螺仪FOG1、FOG2和FOG3均包括相应的偏振器、相位调制器和光纤线圈。因此，光纤陀螺仪FOG1包括偏振器122a、相位调制器124a和光纤线圈126a。光纤陀螺仪FOG2包括偏振器122b、相位调制器124b和光纤线圈126b。光纤陀螺仪FOG3包括偏振器122c、相位调制器124c和光纤线圈126c。常规发射-接收电路102还与信号处理器128耦合。信号处理器128与相位调制器驱动器130耦合，相位调制器驱动器130还与姐。解复用器132耦合。解复用器132与三个光纤陀螺仪FOG1、FOG2和FOG3耦合。在传统的三轴光纤陀螺仪电路100中具有这种发射-接收电路102的缺点在于，它需要手动组装九个光学部件(例如，五个定向耦合器DC1-DC5、三个PINFET 106-110、以及SLED光源104)，以及光纤熔接FS1-FS8的八次操作以进行保偏光纤连接。三个光纤陀螺仪FOG1、FOG2和FOG3、信号处理器128、相位调制器驱动器130和解复用器132的功能对于本领域技术人员来说是显而易见的。
图2是示出了根据本公开的示例性实施例的光纤陀螺仪电路(FOG)200的示意图。FOG电路200包括单个单元发射-接收光子集成电路(TRX-PIC)模块202、第一FOG 203A、第二FOG 203B和第三FOG 203C。第一FOG 203A包括第一偏振器204、第一相位调制器206和第一光纤线圈207。第二FOG 203B包括第二偏振器208、第二相位调制器210和第二光纤线圈211。第三FOG 203C包括第三偏振器212、第三相位调制器214和第三光纤线圈215。在本公开中，传统的发射-接收电路102被单个单元TRX-PIC模块202替代。TRX-PIC模块202的尺寸比传统的发射-接收电路102小得多。此外，TRX-PIC模块202的尺寸不大于传统发射-接收电路102的九个光学组件中的任何一个的典型尺寸。因此，TRX-PIC模块202的尺寸显著减小，进而FOG电路200的尺寸也显著减小。此外，由于FOG电路200不需要对TRX-PIC模块202执行任何子组装操作，因此使用单个单元TRX-PIC模块202显着减少了构建FOG电路200的时间和精力。
FOG电路200还包括三个保偏光纤(PMF)尾纤，例如第一PMF尾纤FPG1、第二PMF尾纤FPG2和第三PMF尾纤FPG3。第二PMF尾纤FPG2和第三PMF尾纤FPG3在结构和功能上与第一PMF尾纤FPG1类似。第一FOG 203A通过第一尾纤FPG1与TRX-PIC模块202耦合。此外，第二FOG203B通过第二PMF尾纤FPG2与TRX-PIC模块202耦合，并且第三FOG 203C通过第三PMF尾纤FPG3与TRX-PIC模块202耦合。
TRX-PIC模块202在第一FOG 203A、第二FOG 203B和第三FOG 203C中的每一个中发射光。第一FOG 203A、第二FOG 203B和第三FOG 203C中的每一个可以分别测量绕相应轴：X、Y和Z的旋转。第一偏光器204、第二偏光器208和第三偏光器212均用于将特定偏振的光波传递至对应的光纤线圈，并阻挡不同偏振的光波。第一相位调制器206、第二相位调制器210和第三相位调制器214中的每一个控制光波的光学相位。相位调制器驱动器218通过解复用器220将信号处理器216的输出传递到相应的相位调制器，例如第一相位调制器206、第二相位调制器210和第三相位调制器214之一。
基于从第一FOG 203A、第二FOG 203B和第三FOG 203C中的每一个接收的光，从TRX-PIC模块202输出的电压被提供给信号处理器216以滤除电压中的DC分量。信号处理器216输出x、y、z输出加速度、x、y、z角速率(在图2中分别表示为“O1”、“O 2”和“O 3”)以及TRX-PIC模块202的输出温度。信号处理器216向相位调制器驱动器218提供与输出加速度和角速率相对应的信号。
尽管FOG电路200被示出为包括第一FOG 203A、第二FOG 203B和第三FOG 203C中的全部三个，以测量围绕单个轴(即，X轴、Y轴和Z轴之一)的旋转，FOG电路200可以包括单个FOG，例如第一FOG 203A、第二FOG 203B和第三FOG 203C之一。
图3是示出了根据本公开的示例性实施例的TRX-PIC模块202的示意图。TRX-PIC模块202包括单个InP光子集成芯片302，下文中称为“光子集成芯片302”。光子集成芯片302利用如图6中所解释的基于InP的单片集成晶片制造加工技术来实现。
光子集成芯片302包括三个具有光子发射-接收功能的独立波导通道。换句话说，光子集成芯片302被分为多个通道，包括第一通道CH1、第二通道CH2和第三通道CH3。多个通道中的每个通道与多个通道中的其他通道隔离。因此，第一通道CH1与第二通道CH2和第三通道CH3隔离。此外，第二通道CH2与第三通道CH3隔离。第一通道CH1包括诸如SLED宽带光源的第一光发射器SLED1、诸如(正-本质-负)P-I-N光电探测器的第一光探测器DT1、诸如2x1多模干涉耦合器的多模干涉耦合器MI1、以及第一模场适配器MFA1。光子集成芯片302的第一通道CH1还可以包括第一监视光电二极管DI1。第一模场适配器MFA1被配置为修改光学模式以改进与光纤(未示出)耦合的模式。类似地，第二通道CH2包括对应的第二光发射器SLED2、对应的第二光检测器DT2、对应的第二模场适配器MFA2以及对应的第二多模干涉耦合器MI2。此外，第三通道CH3包括对应的第三光发射器SLED3、对应的第三光检测器DT3、对应的第三模场适配器MFA3以及对应的第三多模干涉耦合器MI3。光子集成芯片302是单个集成芯片，使得光子集成芯片302的所有组件形成在同一芯片上。
光子集成芯片302被接合在通常使用氮化铝(AlN)制造的陶瓷热沉304上。光子集成芯片302通过导热材料安装并接合在陶瓷热沉304上。由于AlN是良好的导热体，因此光子集成芯片302产生的热量被传导到散热器(稍后在图4中示出)中和放置在光子集成芯片302下方的热电冷却器(TEC)306。陶瓷热沉304包括用于热沉上热敏电阻308的接合焊盘和有助于与印刷电路板(PCB)(稍后在图4中示出)和底盘引线(稍后在图4中示出)的电连接的引线接合焊盘。TEC 306通过珀耳帖效应工作，其从光子集成芯片302汲取热能以相对于TRX-PIC模块202的设定温度保持温度稳定性。热敏电阻308是向控制TEC 306的微控制器(未示出)提供温度信号的温度传感器。
PCB可以包括三个独立通道的PINFET放大器电路，该电路使用跨阻放大器芯片。因此，第一跨阻放大器芯片TIA1与第一通道CH1相关联。第一跨阻放大器芯片TIA1被配置为将从第一光检测器DT1接收的光电流转换成电压信号以进行信号处理。类似地，第二跨阻放大器芯片TIA2与第二通道CH2相关联，并且第三跨阻放大器芯片TIA3与第三通道CH3相关联。第二跨阻放大器芯片TIA2和第三跨阻放大器芯片TIA3在结构和功能上与第一跨阻放大器芯片TIA1相似。
陶瓷热沉304包括玻璃块310中的V形槽，用于光纤对准和安装在PCB上。玻璃块310中的V形槽使得能够以±1微米(μm)的精度精确放置光纤，以促进光纤与光子集成芯片302的输出的耦合。第一PMF尾纤FPG1是单模光纤，其中线偏振光在射入光纤时，在光通过光纤传播期间保持线偏振。第一PMF尾纤FPG1与第一通道CH1相关联。此外，第二PMF尾纤FPG2与第二通道CH2相关联，以及第三PMF尾纤FPG3与第三通道CH3相关联。密封封装314是16引脚柯伐合金(Kovar)/铜钨(CuW)封装，其为TRX-PIC模块202的组件提供机械坚固的封装和气密密封。
图4是示出了根据本公开的示例性实施例的TRX-PIC模块202的截面图400的示意图。TRX-PIC模块202包括光子集成芯片302、陶瓷热沉304、散热器404、TEC 306、TIA 410(其包括第一跨阻放大器芯片TIA1、第二跨阻放大器芯片TIA2和第三跨阻放大器芯片TIA3)和PCB 412全部封装到密封底盘414中。
密封底盘414可以包括电馈通件(通常用于16-20个引线)、用于插入光纤尾纤416的光纤馈通件415、以及可以用作光子集成芯片302的主要散热通道的导热安装底座。光纤馈通件415允许密封底盘414内部的组件与外部环境之间的光纤连接。光纤尾纤416包括第一PMF尾纤FPG1、第二PMF尾纤FPG2和第三PMF尾纤FPG3。因此，尾纤416是要连接到外部环境的三个PMF尾纤(例如第一PMF尾纤FPG1、第二PMF尾纤FPG2和第三PMF尾纤FPG3)的输出。密封底盘414是密封16针Kovar/CuW封装314的子部件。
电引线418是密封16针Kovar/CuW封装314的子部件。电引线418允许TRX-PIC模块202的部件与外部环境(即，外部电路)之间的电连接。
印刷电路板412用作TIA 410、SLED驱动器(未示出)、信号处理电路(即信号处理器216)、用于TEC 306的微控制器和电源(未示出)的放置和电路连接的基板。
散热器404是导热金属散热器，其将从TRX-PIC模块202产生的热量分散到TEC 306中，使得热量被传递到密封底盘414和外部环境中。电引线418通过引线接合连接至PCB412。此外，PCB 412通过引线接合耦合到陶瓷热沉304，以及光子集成芯片302引线接合到陶瓷热沉304。
图5是示出了根据本公开的示例性实施例的与透镜光纤502耦合的光子集成芯片302的单个通道(例如第一通道CH1)的俯视图500的示意图。光子集成芯片302是外延生长的并且采用多个光芯以将各种光子组件集成在同一芯片平台上。光子集成芯片302的第一通道CH1包括第一光发射器SLED1、第一光检测器DT1、第一多模干涉耦合器MI1、第一监视光电二极管DI1和第一模场适配器MF1。
光子集成芯片302由包括无源波导芯层504和无源波导包层506的多个层形成。无源波导包层506形成在无源波导芯层504上。第一光发射器SLED1形成在无源波导包层506的第一波导路径上方。此外，第一光检测器DT1形成在无源波导包层506的第二波导路径上方。无源波导包层506在端部被锥形化以形成第一模场适配器MF1。换句话说，无源波导包层506的第三波导路径的输出端呈锥形以形成第一模场适配器MF1。此外，第一模场适配器MFA1与诸如透镜光纤502的光纤耦合。
第一光发射器SLED1和第一光检测器DT1形成在第一多模干涉耦合器MI1上方，并且第一模场适配器MF1形成为邻近第一多模干涉耦合器MI1。第一多模干涉耦合器MI1将第一光发射器SLED1和第一光检测器DT1耦合到第一模场适配器MF1。第一光发射器SLED1在第一光发射器SLED1的前面耦合到第一多模干涉耦合器MI1。此外，第一光发射器SLED1的背面与第一监视光电二极管DI1耦合。光子集成芯片302被配置为发送器-接收器芯片。光子集成芯片302的第一端涂覆有抗反射涂层508。
为了传输来自光子集成芯片302的光，第一光发射器SLED1被配置为基于施加在第一光发射器SLED1两端的正向偏置电势差来发射光。发射的光从第一光发射器SLED1传播到模场适配器MF1。发射的光进一步从模场适配器MF1传播到透镜光纤502。第一模场适配器MF1在输出端向下逐渐变细至大约～2μm的宽度。进一步地，第一模场适配器MF1的输出端与光子集成芯片302的输出端匹配。第一模场适配器MF1的输出端被设计为使光学模式(即：发射光或接收光)呈圆形，典型远场为13°(水平)x 14.7°(垂直)，用于与透镜光纤502适当耦合。
为了通过光子集成芯片302接收光，第一模场适配器MF1接收来自透镜光纤502的光。第一模式场适配器MF1接收到的光通过第一多模干涉耦合器MI1从第一模式场适配器MF1传播到第一光检测器DT1。基于第一模场适配器MF1对接收到的光的接收，第一光检测器DT1被配置为检测接收到的光并基于接收到的光产生光电流。第一光检测器DT1被反向偏置以检测接收到的光。因此，第一模场适配器MF1被配置以下至少一个：为基于第一光发射器SLED1发射的光将光传输到透镜光纤502，和接收来自透镜光纤502的光。
对于从第一光发射器SLED1发射的任何反向传播的光，由于第一光发射器SLED1在低发射功率模式下操作，因此由于第一光发射器SLED1中的较低光学增益，第一光发射器SLED1对光学反馈较不敏感。光子集成芯片302的工作功率为1-5毫瓦(mW)。
图6是根据本公开的示例性实施例的光子集成芯片302的多个层的截面图600。多个层形成在衬底602上。在一个实施例中，衬底602由磷化铟(InP)形成。在各种实施例中，衬底602可以由InP、GaAs、硅、硅基二氧化硅、二氧化硅、聚合物基二氧化硅、玻璃、金属、陶瓷、聚合物或其组合形成。
多个层包括无源波导芯层504、无源波导包层506、第一蚀刻停止层604、N-接触层606、第二蚀刻停止层609、N-包覆层610、有源层612、P-包覆层614和P-金属层616。该多个层被分为第一多个层和第二多个层。第一多个层包括第一蚀刻停止层604、N-接触层606和第二蚀刻停止层609。第二多个层包括N-包覆层610、有源层612和P-包覆层614。多个层中的每一层通过在相应层的顶部沉积合适的材料来生长，以形成光子集成芯片302的层结构。在一个实施例中，使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)来生长每一层。在各种实施例中，可以使用合适的膜沉积技术，包括物理气相沉积(PVD)(例如热蒸发、电子束蒸发和溅射沉积)、其他CVD技术(例如激光CVD和等离子体增强CVD)以及原子层沉积(ALD)。一旦所有层都生长以获得光子集成芯片302的层结构，则通过蚀刻对第二多个层进行图案化以形成第一光发射器SLED1、第一光检测器DT1、第一监控光电二极管D1。此外，通过蚀刻第一多个层来进一步图案化第一多个层。有源层612包括量子阱的堆叠。量子阱堆叠中的每个相邻量子阱由相应的势垒层分隔。
无源波导芯层504形成在衬底602上方。在一个实施例中，无源波导芯层504形成在衬底602上。无源波导芯层504通过在衬底602上沉积InGaAsP来生长。无源波导芯层504被配置为第一芯504。第一芯504与衬底602晶格匹配。此外，第一芯504是未掺杂的。
无源波导包层506生长在无源波导芯层504上。无源波导包层506通过在无源波导芯层504上沉积InP来生长。此外，第一蚀刻停止层604生长在无源波导包层506上。第一蚀刻停止层604可以是未掺杂的，并且通过在无源波导包层506上沉积InGaAsP来生长。N-接触层606生长在第一蚀刻停止层604上。N-接触层606通过在第一蚀刻停止层604上沉积InP来生产。第二蚀刻停止层609生长在N-接触层606上。通过在N-接触层606上沉积InGaAsP来生长第二蚀刻停止层609。
N-包覆层610生长在第二蚀刻停止层609上。N-包覆层610通过在第二蚀刻停止层609上沉积InP来生长。有源层612生长在N-包覆层610上。有源层612通过沉积InGaAsP量子阱和不同成分的势垒层来生长。P-包覆层614生长在有源层612上。P-包覆层614通过在有源层612上沉积InP来生长。此外，P-金属层616生长在P-包覆层614上。P-金属层616可以通过沉积金、铬、铝、银、铂、镍、铜、铑、钯、钨和这些材料的组合中的一种来生长。
第二多个层被图案化以形成第一光发射器SLED1、第一监视光电二极管DI1和第一光检测器DT1中的至少一个。P-包覆层614、有源层612和N-包覆层610可分别通过蚀刻P-包覆层614、有源层612和N-包覆层610中的每一层，直至第二蚀刻停止层609来图案化。可以使用诸如湿法蚀刻、等离子体蚀刻(包括但不限于反应离子蚀刻和深反应离子蚀刻、溅射蚀刻或其组合)的蚀刻工艺来图案化第二多个层。
图案化的P-包覆层614、图案化的有源层612和图案化的N-包覆层610形成第一光发射器SLED1、第一监视光电二极管DI1和第一光检测器DT1中的至少一个。此外，有源层612被配置为第二芯612。与第一芯504相比，第二芯612具有较低的带隙。无源波导包层506被图案化以形成第一波导路径、第二波导路径、以及第三波导路径。无源波导包层506的第三波导路径的一端被图案化以形成第一模场适配器MFA1。形成在第一波导路径上方的图案化P-包覆层614、图案化有源层612和图案化N-包覆层610代表第一光发射器SLED1。此外，形成在第二波导路径上方的图案化P-包覆层614、图案化有源层612和图案化N-包覆层610代表第一光检测器DT1。另外，与第一光发射器SLED1相邻形成的图案化的P-包覆层614、图案化的有源层612和图案化的N-包覆层610代表第一监视光电二极管DI1。因此，第一监视光电二极管DI1的层与第一发光器SLED1的层相同。
图案化第二多个层之后，图案化第一多个层，即第一蚀刻停止层609、N-接触层606和第二蚀刻停止层609。此外，与第二多个层的图案化类似地通过蚀刻对第一多个层进行图案化。
隔离台面618形成在第一光发射器SLED1和第一光检测器DT1之间。另外，深隔离沟槽620a和620b形成在第一光发射器SLED1和第一光检测器DT1的每一侧上。P金属层616沉积在图案化的P-包覆层614的顶部上。此外，N金属层608形成在第二蚀刻停止层609的每一侧上以及图案化的N-接触层606的顶部上。因此，N-接触层606(N+InP)夹在第一芯504和第二芯612之间。在一个实施例中，P金属层616和N金属层608是第一光发射器SLED1、第一监控光电二极管DI1和第一光检测器DT1中至少一个的一部分。
无源波导包层506是InP间隔层。第二芯612中产生的光由P-包覆层614和N-包覆层610引导。基于在P金属层616和N金属层608上施加合适的电势差来产生光。N包覆层610充当第一芯504和第二芯612之间的间隔物。第一蚀刻停止层604和第二蚀刻停止层609很薄并且具有20纳米的量级。由于第二芯612未掺杂，因此第二芯612不能吸收光。
在光子集成芯片302的双芯方法中，为了实现发送路径和接收路径，使用两个光芯，例如第一芯504和第二芯612。因此，第一芯504是有源光芯层，第二芯612是无源光芯层。第一芯504和第二芯612在整个光子集成芯片302上通用。换言之，形成第一芯504和第二芯612的层在光子集成芯片302的所有3个通道(即第一通道CH1、第二通道CH2和第三通道CH3)的发射路径和接收路径上是相似的。
第二芯612用于构建第一光发射器SLED1和第一光检测器DT1。第二芯612由在第一芯504上方外延生长的基于磷化铟镓砷化物(InGaAsP)的多量子阱(MQW)形成。第一芯504由特定折射率的晶格匹配的InGaAsP层形成使得光波导被实现，用于在整个光子集成芯片302中传播光。第一芯504与下面的衬底602晶格匹配。第一芯504，即InGaAsP波导，是未掺杂的。此外，InP基衬底602是半绝缘的，以最小化通过光子集成芯片302的光传播损耗。第一监视光电检测器DI1位于第一光发射器SLED1的背面处，以感测第一光发射器SLED1的输出功率电平。换句话说，第一光发射器SLED1的背面耦合到第一监控光电检测器DI1。此外，第一监视光电二极管DI1被反向偏置。在各种其他实施例中，砷化铝镓铟(AlGaInAs)可以用于制造多个层。
图7是根据本公开的示例性实施例的从第一光发射器SLED1的第二芯612到光子集成芯片302中的第一芯504的光的传输路径的截面图700。
有源层612用作光子集成芯片302的第二芯612。第二芯612是锥形的，使得光通过第二芯612与形成在衬底602上的第一芯504之间的绝热耦合从第二芯612传播到第一芯504。因此，在传输路径中，第一光发射器SLED1发出的光通过绝热模式耦合被引导到第一磁芯504中，而绝热模式耦合是通过将第二磁芯612锥样化来实现的。
存在于第一光发射器SLED1和第一芯504之间的层702表示形成在第一波导路径上方的图案化的第二蚀刻停止层609、图案化的N-接触层606和图案化的第一蚀刻停止层604。层702的长度仅为了代表性的目的在图7中被示出，并且可延伸超出第一光发射器SLED1的长度。第一芯504的带隙大于第二芯612的带隙，使得通过无源波导包层506从第一光发射器SLED1引导到第二芯612的光不会经历光吸收。
图8是根据本公开的示例性实施例的从第一光发射器SLED1的第一芯504到光子集成芯片302中的第二芯612的光的接收路径的截面图800。对于接收路径，第一芯504的波导中的传播光沿相反方向行进并且通过无源波导包层506绝热地耦合到第一光检测器DT1的第一芯504中。存在于第一光检测器DT1和第一芯504之间的层802表示形成在第二波导路径上方的图案化的第二蚀刻停止层609、图案化的N-接触层606和图案化的第一蚀刻停止层604。为了代表性的目的，层802的长度在图8中示出，并且可以延伸超出第一光检测器DT1的长度。
实施单次外延生长来制造第一芯504和第二芯612。此外，通过绝热耦合在第一芯504和第二芯612之间引导光。由于不需要任何再生长(例如对接或选择性区域外延(SAE))来分别产生有源层芯和无源层芯，即第二芯612和第一芯504，与需要多次生长来制造有源层芯和无源层芯的传统发射-接收电路102相比，制造光子集成芯片302的成本较低。此外，由于光的宽带特性，光检测器DT1的带隙不必为提高灵敏度而偏移到更小的值，因此相同层的有源层(即第二磁芯612)可用于制造用于产生光的第一光发射器SLED1和用于检测光的第一光检测器DT1。
图9A是示出了根据本公开的示例性实施例的无源波导包层506下方的第一芯504的截面图902的示意图。无源波导包层506被图案化，使得无源波导包层506被蚀刻并形成在第一芯504的第一部分上。
图9B是示出了根据本公开的另一个示例性实施例的无源波导包层506下方的第一芯504的截面图904的示意图。无源波导包层506和第一芯504被图案化，使得无源波导包层506的长度与第一芯504的长度匹配。
图10是示出了根据本公开的另一示例性实施例的用于光学隔离的光子集成芯片302的布局的顶视图1000的示意图。
参考第一通道CH1，第一光发射器SLED1和第一光检测器DI1被限制在无源波导包层506上形成的台面1002a内。隔离沟槽1008a和另一隔离沟槽1008b以倾斜角度形成在第一模场适配器MF1的输出端(即光子集成芯片302的输出面)附近。因此，来自第一光发射器SLED1的杂散光功率被限制在台面1004a内并且不能跨越第一通道CH1。第一隔离沟槽620a和第二隔离沟槽620b在每个收发器通道边界处被蚀刻到晶格匹配衬底602中。因此，第四隔离沟槽620b在第一沟道CH1和第二沟道CH2之间被蚀刻。第一光发射器SLED1是S形的，用于对所发射的光的波长进行高阶模式滤波。由于第一多模干涉耦合器MI1中的3分贝(dB)插入损耗，靠近第一多模干涉耦合器MI1的台面1002a的侧壁倾斜以将DC光引导至光子集成芯片302的输出端，光子集成芯片302涂有抗反射涂层508，以最大化光子集成芯片302的光耗散。此外，第一光检测器DT1的背面和第一监控光电二极管DI1的背面涂有抗反射涂层1012。
参考第二通道CH2，第二通道CH2示出了形成在第二无源波导包层1004上以限制光检测器DT2和光发射器SLED2的台面1002b。隔离沟槽1008c和1008d以倾斜角度形成在光子集成芯片302的输出面附近，以反射由于面反射而产生的回程光。隔离沟槽1010a形成在第一沟道CH1和第二沟道CH2之间。类似地，参考第三通道CH3，第三通道CH3示出了形成在第三无源波导包层1006上以限制光检测器DT3和光发射器SLED3的台面1002c。隔离沟槽1008e和1008f以倾斜角度形成在光子集成芯片302的输出面附近，以反射由于面反射而产生的回程光。此外，另一隔离沟槽1010b形成在第三沟道CH3的另一端处。
图11是示出了根据本公开的另一示例性实施例的沿图10的用于光学隔离的光子集成芯片302的布局的轴A-A'的截面图1100的示意图。截面图A-A'示出了形成在台面1002a上的第一光发射器SLED1和第一光检测器DT1。隔离沟槽形成在第一光发射器SLED1的第一侧处，并且另一个隔离沟槽形成在第一光检测器DT1的第二侧处。因此，图11还示出了形成在第一光发射器SLED1的第一侧处的第三隔离沟槽620a和形成在第一光检测器DT1的第二侧处的第四隔离沟槽620b。
图12是示出了根据本公开的另一示例性实施例的采用三个光芯的光子集成芯片302的截面图1200的示意图。
在本公开的主要实施例中，描述了如图7和图8所示的双核方法来实现光子集成芯片302。在双核方法中，第一模场适配器MFA1采用嵌入式无源层光芯(即，第一芯504)来引导光子集成芯片302中的光，并通过模场适配器MFA1输出到透镜光纤502。在双芯方法中，需要定制的透镜光纤502来最小化与光子集成芯片302的耦合损耗。此外，在透镜光纤502的光学元件组装过程中，可能需要进行有源光纤对准。
作为双核方法的替代，可以使用图12的三芯方法来实现光子集成芯片302。在这种情况下，光芯(即第三芯1202)包括多对交替的InP/InGaAsP，每对都有薄InGaAsP层和厚InP层，用来形成稀释波导。每个薄InGaAsP层的厚度为30-40纳米(nm)，每个厚InP层的厚度为500-550纳米。
第三包覆层1204形成在第三芯1202上方。无源波导芯层504，即第一芯504，形成在第三包覆层1204上方。第三芯1202的端部和第三包覆层1204涂覆有抗反射涂层508。
第三芯1202形成在衬底602上。第三芯1202相对于衬底602具有较低的折射率。第一芯504继续保持引导光子集成芯片302上的光的功能。在光子集成芯片302的输出端，第一芯504中的光通过锥形绝热耦合耦合到进入第三芯1202。因此，第一芯504是锥形的，从而实现以下至少一种：(i)发射的光从第一芯504传播到第三芯1202和(ii)接收的光从第三芯1202传播到第一芯504。
第三芯1202用作光斑尺寸转换器(SSC)。由于第三芯1202的稀释特性，第三芯1202的有效折射率与衬底602的折射率对比最小，并且输出光学模式具有适合于耦合到切割后的单模光纤(SMF)(未显示)的低发散度。由于稀释波导允许与SMF无源对准，因此稀释波导(即，第三芯1202)对于切割后的SMF具有良好的耦合效率。这有利于将SMF放置在光子集成芯片302上的V形槽玻璃块310上，从而降低TRX-PIC模块202的组装成本。
图13A和图13B表示根据本公开的实施例的用于制造光子集成芯片302的层结构的流程图1300。在步骤1302，在衬底602上生长无源波导芯层504。在步骤1304，在无源波导芯层504上生长无源波导包层506。在步骤1306，在无源波导包层506上形成第二多个层。在步骤1308，在第一多个层上生长第二多个层。在步骤1310，第二多个层被图案化以形成第一光发射器SLED1和第一光检测器DT1。在步骤1312，无源波导包层506被图案化以形成第一波导路径、第二波导路径和第三波导路径。在步骤1314，无源波导包层506的第三波导路径的一端被图案化以形成第一模场适配器MF1。
图14表示根据本公开的实施例的用于在无源波导包层506上形成第一多个层的流程图1400。在步骤1402，在无源波导包层506上生长第一蚀刻停止层。在步骤1404，在第一蚀刻停止层604上生长N-接触层606。在步骤1406，在N-接触层606上生长第二蚀刻停止层609。在步骤1408，在图案化第二多个层之后，通过分别蚀刻第一蚀刻停止层604、N-接触层606和第二蚀刻停止层609中的每一个来图案化第一蚀刻停止层604、N-接触层606和第二蚀刻停止层609中的每一个。
图15表示根据本公开的实施例的用于在第一多个层上生长第二多个层的流程图1500。在步骤1502，在第二蚀刻停止层609的顶部上生长N-包覆层610。在步骤1504中，在N-包覆层610上生长有源层612。在步骤1506中，在有源层612上生长P-包覆层614。
图16表示根据本公开的实施例的用于形成第一隔离沟槽620、第二隔离沟槽620b、P金属层616和N金属层608的流程图1600。在步骤1602，在第一光发射器SLED1的第一侧和第一光检测器DT1的第二侧上形成第一隔离沟槽620和第二隔离沟槽620b。在步骤1604，P金属层616形成在图案化的P包覆层614的顶部上。在步骤1606，通过图案化第二蚀刻停止层609的每一侧以及N-接触层606的顶部上的N金属层608来形成N金属层608。
与传统的发射-接收电路102相比，与光学部件的零散手动组装相比，单个单元TRX-PIC模块202提供了光子集成芯片302的高性能均匀性和制造质量。因此，与机械组装传统发射-接收电路102的部件相比，由于光子集成芯片302的固态构造，光子集成芯片302是坚固耐用的。由于单个单片光子集成芯片302的实现与仅对SLED光源104进行温度控制的传统方法相比，由于单个单元TRX-PIC模块202中的所有光子器件具有共同的温度控制平台，因此在各种操作温度下获得了更一致的性能。此外，使用光子集成芯片302还可显著减少占地面积。此外，本公开的光子集成芯片302还可用于其他需要三个以上通道的传感应用中。
除其他特征之外，符合本公开的技术提供了包括用于FOG电路200的光子集成芯片302的实施方案。尽管上面已经描述了所公开的系统和方法的各种示例性实施例，但是应当理解，它们仅出于示例目的被呈现，而非用于限制。这并不是详尽无遗的，也不将所披露的内容限制在所披露的精确形式上。在不偏离本公开的广度或范围的前提下，可以根据上述教导或通过实践本公开获得修改和变形。

Claims (20)

1.一种光子集成芯片，包括：
光发射器，被配置为发射光；
模场适配器，被配置为执行以下至少一个：(i)基于所述光发射器发射的光来传输光和(ii)接收光；
光检测器，其中基于所述模场适配器对接收到的光的接收，所述光检测器被配置为检测所述接收到的光；以及
多模干涉耦合器，其中所述光发射器和所述光检测器形成在所述多模干涉耦合器上方，以及所述模场适配器形成为邻近所述多模干涉耦合器，其中所述多模干涉耦合器将所述光发射器和所述光检测器耦合到所述模场适配器，使得发射的光从所述光发射器传播到所述模场适配器，以及所述多模干涉耦合器将所述光检测器耦合到所述模场适配器，使得所述接收到的光从所述模场适配器传播至所述光检测器。
2.根据权利要求1所述的光子集成芯片，还包括光电二极管，其中所述光发射器在所述光发射器的正面耦合到所述多模干涉耦合器，以及所述光发射器的背面耦合到所述光电二极管。
3.根据权利要求2所述的光子集成芯片，其中所述光检测器的背面和所述光电二极管的背面均涂有抗反射涂层。
4.根据权利要求1所述的光子集成芯片，其中所述光发射器是超辐射发光二极管。
5.根据权利要求1所述的光子集成芯片，其中所述光检测器是光电检测器。
6.根据权利要求1所述的光子集成芯片，其中所述光子集成芯片由多个层形成，所述多个层包括：
衬底；
无源波导芯层，生长在所述衬底上，其中所述无源波导芯层被配置为第一芯，其中所述第一芯与所述衬底晶格匹配，以及其中所述第一芯是未掺杂的；
无源波导包层，生长在所述无源波导芯层上，其中第一波导路径、第二波导路径和第三波导路径由所述无源波导包层形成，以及其中所述第三波导路径的输出端被锥形化，以形成所述模场适配器；
第一蚀刻停止层，生长在所述无源波导包层上；
N-接触层，生长在所述第一蚀刻停止层上；
第二蚀刻停止层，生长在所述N-接触层上；
N-包覆层，生长在所述第二蚀刻停止层上；
有源层，被配置为第二芯，以及生长在所述N-包覆层上，其中与所述第一芯相比，所述第二芯具有较低的带隙；
P-包覆层，生长在所述有源层上；以及
P-金属层，生长在所述P-包覆层上。
7.根据权利要求6所述的光子集成芯片，其中所述P-包覆层、所述有源层和所述N-包覆层被图案化以形成所述光发射器，其中所述光发射器形成在所述第一波导路径上方，以及其中所述第二芯被锥形化，使得所述发射的光通过所述第二芯和所述第一芯之间的绝热耦合从所述第二芯传播到所述第一芯。
8.根据权利要求7所述的光子集成芯片，其中，隔离沟槽形成在所述光发射器的第一侧处，以及另一个隔离沟槽形成在所述光检测器的第二侧处。
9.根据权利要求7所述的光子集成芯片，其特征在于，还包括：
隔离沟槽，在所述模场适配器的输出端附近以斜角形成，其中所述隔离沟槽形成在所述无源波导芯层上。
10.根据权利要求6所述的光子集成芯片，其中所述P-包覆层、所述有源层和所述N-包覆层被图案化以形成所述光检测器，其中所述光检测器形成在所述第二波导路径上方，以及其中所述第二芯被锥形化，使得所述接收到的光通过所述第一芯和所述第二芯之间的绝热耦合从所述第一芯传播到所述第二芯。
11.根据权利要求6所述的光子集成芯片，其中，所述有源层包括量子阱堆叠，以及其中，所述量子阱堆叠中的每个相邻量子阱被相应的势垒层隔开。
12.根据权利要求6所述的光子集成芯片，其特征在于，还包括：
第三芯层，形成在所述衬底上，其中所述第三芯层被配置为第三芯并具有相对于所述衬底较低的折射率，以及其中所述第一芯被锥形化，以实现以下至少一种：(i)所述发射的光从所述第一芯传播到所述第三芯，以及(ii)所述接收到的光从所述第三芯传播到所述第一芯；以及
第三包覆层，形成于所述第三芯上方，其中，所述无源波导芯层形成于所述第三包覆层上方。
13.根据权利要求12所述的光子集成芯片，其中所述第三芯包括多个交替的薄磷化铟镓砷化物(InGaAsP)层和厚InP层，以及其中每个所述薄InGaAsP层的厚度为30纳米-40纳米(nm)，以及每个厚InP层的厚度为500nm-550nm。
14.根据权利要求1所述的光子集成芯片，其特征在于，所述模场适配器的输出端被锥形化，用于与光纤耦合。
15.根据权利要求1所述的光子集成芯片，其中所述光子集成芯片通过导热材料安装并接合在陶瓷热沉上，以及其中所述光子集成芯片被包括在光纤陀螺仪电路中。
16.根据权利要求15所述的光子集成芯片，其中所述光子集成芯片被分为多个通道，包括第一通道、第二通道和第三通道，其中所述多个通道中的每个通道与所述多个通道中的其他通道隔离，其中所述第一通道包括所述光发射器、所述光检测器、所述模场适配器，以及所述多模干涉耦合器，以及其中所述第二通道和所述第三通道均包括对应的光发射器、对应的光检测器、对应的模场适配器和对应的多模干涉耦合器。
17.一种方法，包括：
在衬底上方生长无源波导芯层；
在所述无源波导芯层上生长无源波导包层；
在所述无源波导包层上形成第一多个层；
在所述第一多个层上生长第二多个层；
图案化所述第二多个层以形成光发射器和光检测器；
图案化所述无源波导包层，其中图案化的所述无源波导包层的第一波导路径、第二波导路径和第三波导路径形成多模干涉耦合器，其中所述光发射器形成在所述第一波导路径上方，以及所述光检测器形成于所述第二波导路径上方；以及
图案化所述无源波导包层的第三波导路径的一端，以形成模场适配器，其中所述多模干涉耦合器、所述光发射器、所述模场适配器和所述光检测器形成光子集成芯片。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述在所述无源波导包层上形成所述第一多个层包括：
在所述无源波导包层上生长第一刻蚀停止层；
在所述第一蚀刻停止层上生长N-接触层；
在所述N-接触层上生长第二刻蚀停止层；以及
在图案化所述第二多个层之后，图案化所述第一蚀刻停止层、所述N-接触层和所述第二蚀刻停止层中的每一个。
19.根据权利要求18所述的方法，其中在所述第一多个层上生长所述第二多个层包括：
在所述第二蚀刻停止层的上方生长N-包覆层；
在所述N-包覆层的上生长有源层；以及
在所述有源层上生长P-包覆层。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
在所述光发射器的第一侧和所述光检测器的第二侧上形成深隔离沟槽；
在图案化的所述P-包覆层的顶部形成P金属层；以及
在所述第二蚀刻停止层的每一侧上以及图案化的所述N-接触层的顶部上形成N金属层。
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