TW202220315A - 具有可調式光學模式及載子分布於波導之光電裝置 - Google Patents

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Abstract

固態光學裝置實現電可調式空乏區之調諧以減少且阻擋橫向(接面內)載子散佈。此能力減少該接面平面中之增益導引之負面影響且減少經發射光束之像散。該可調式空乏區藉由接近波導(光學模式傳播)及電流注入區形成高度電阻性肖特基接觸件或金屬-絕緣體-半導體(MIS)結構而產生，其中預期歸因於擴散之橫向散佈。可藉由將偏壓施加至該高度電阻性肖特基接觸件或該MIS接觸結構而調諧該空乏區區域。此等接觸件或類似有損耗結構亦在未加偏壓時藉由產生模式之額外光學損耗而減少接面內平面增益導引，因此減少參與光產生之有效載子密度，藉此減少像散。

Description

具有可調式光學模式及載子分布於波導之光電裝置
本發明之實施例大體上係關於基於固態之光學裝置且特定言之，係關於具有像散輸出光束之固態光學裝置，諸如增益導引半導體光發射器。
像散光輸出輪廓係增益導引或準增益導引固態光發射器(尤其半導體雷射)之熟知問題，其中垂直於接面之光學模式導引係藉由不同磊晶層(包層、波導、主動區等)之折射率導引達成且接面平面(磊晶層平面)中之光學模式導引係藉由增益導引達成且受橫向載子散佈(向外擴散)強烈影響。見Cook, D. D.及Nash, F. R. (1975年)，「Gain-induced guiding and astigmatic output beam of GaAs lasers」， Journal of Applied Physics，1660至1672頁。
在現代，只要可能，便實施完全折射率導引解決方案以避免像散光束，此使光學光束塑形遠更複雜且效率更低，因此限制應用潛力。例如，見Chuang, S.L. (1995年) Physics of Optoelectronic Devices。
例如，可藉由完全蝕刻穿過主動區且憑藉平台幾何形狀橫向侷限載子而達成完全折射率導引之光發射器。然而，此方法趨於在主動區處產生表面重組之非所要負面影響，此實質上增加臨限電流且顯著加熱裝置，此係因為橫向熱移除受阻礙，從而導致經劣化整體裝置效能。利用多個磊晶生長步驟之另一方式係製造雙埋藏異質結構裝置。此處，在蝕刻穿過主動區之後，裝置過度生長有晶格匹配之III至V族材料，此使經蝕刻側壁鈍化，因此減少表面重組，阻擋橫向載子流且製造高品質介面，從而容許有效熱移除。此方法之缺點係第二磊晶過度生長之複雜性及遠更複雜之製造程序。
本發明之實施例減少接面平面中之增益導引及光學場像散之負面影響且侷限來自主動區的橫向載子擴散而不蝕刻穿過主動區。因此，表面重組可忽略。再者，主動區周圍之晶格不受阻礙，且藉由光子相互作用之熱傳輸保持非常有效。最後，提供需要單一磊晶生長步驟而無額外製造程序複雜性之程序。
本發明之實施例包含(i)電可調式空乏區之利用及/或(ii)在載子流及光學模式傳播附近的額外光學損耗結構。
根據本發明之實施例之裝置實現電可調式空乏區之調諧以減少且阻擋橫向(接面內)載子散佈。此能力減少接面平面(其與磊晶層平面相同，此係因為接面形成在兩個層之界面處)中之增益導引之負面影響且減少經發射光束之像散，此係因為經發射光束之品質緊密取決於磊晶層平面中之載子分布。
此可調式空乏區可藉由接近波導(光學模式傳播)及電流注入區形成高度電阻性肖特基(Schottky)接觸件或金屬-絕緣體-半導體(MIS)結構而產生，其中預期歸因於擴散之橫向散佈。可藉由將偏壓施加至高度電阻性肖特基接觸件或MIS接觸件結構而調諧空乏區區域。
此等接觸件或類似有損耗結構亦在未加偏壓時藉由產生模式之額外光學損耗而減少接面內平面增益導引，因此減少參與光產生之有效載子密度，且藉此減少像散。本文中描述之裝置係固態裝置，其中全部組件在相同製造運行期間經實現且因此，不增加製造複雜性。
再者，裝置之半導體晶格機械上未中斷之事實導致高度有益橫向熱傳輸，從而容許主動區加熱之減少且增加電光學裝置效能。
最後，增益導引或準增益導引結構中之載子之更佳局部化導致電輸入功率之減小及因此，經增加裝置效能。
當需要至各種光學組件(諸如透鏡、光纖、光子積體電路、接面內載子分布之調變或光學調變及切換)之有效光耦合時，本發明之實施例尤其有用。本文中描述之結構及方法容許減小產生高品質光束以及提供用於有效地耦合至所要光學組件中之光學模式輪廓之精細電調諧之手段所需之光學組件之數目。同時，本發明之實施例藉由減少橫向載子擴散，因此進一步增強裝置效能(諸如效率、輸出功率)且減少整體功率消耗而容許增益導引或準增益導引半導體雷射裝置中之臨限電流之減少。本發明之實施例亦容許接面內增益輪廓及載子分布之調變，因此有效地調變光輸出功率及光學場輪廓且實現光學切換及調變。本發明之實施例可有益於需要有效裝置效能，耦合至光學組件、光子積體電路等之光子應用。應用之實例包含電信、感測、LIDAR應用等。
在態樣中，本發明之實施例係關於一種固態光學裝置，其包含半導體基板及安置於該半導體基板之前側上且包含複數個磊晶層之固態增益介質，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有光束傳播方向之光。波導低電阻率金屬接觸墊安置於該複數個層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導金屬接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播。第一及第二肖特基接觸件分別包括安置於該波導金屬接觸墊附近的第一及第二金屬接觸墊，該等第一及第二金屬接觸墊之各者與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸；電基板接觸件與該半導體基板接觸。至少一個輸出鏡由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定。抗反射塗層安置於該至少一個輸出鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光。空乏區安置於該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中自該等第一及第二金屬接觸墊延伸至該主動區。施加正向偏壓至該波導低電阻率金屬接觸墊及施加個別偏壓至該等第一及第二金屬接觸墊而修改該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中之該等空乏區且經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入該等載子。可藉由變動至該等第一及第二金屬接觸墊之該偏壓而調諧各空乏區之寬度。調諧各空乏區之該寬度改變該波導金屬接觸墊下方的有效波導寬度且產生對於經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入之載子之橫向擴散之電位障壁。該光束傳播方向與該複數個磊晶層同平面。
可包含以下特徵之一或多者。調諧各空乏區之該寬度可局部改變該波導金屬接觸墊下方的載子分布。改變該載子分布改變該經發射光傳播穿過其之該等磊晶層之該體積之折射率、光學模式輪廓及/或損耗之至少一者。
該電基板接觸件可包含安置於該半導體基板之背側上之金屬層及/或在該半導體基板之該前側處終止之金屬填充通孔。
該等肖特基接觸件之各者可係高度電阻性。例如，各肖特基接觸件之電阻率可係至少1 x 10 -3Ωcm 2。
該固態增益介質可包含安置於該波導金屬接觸墊下方的脊。
該基板及該增益介質可各包含III至V族半導體材料，例如，Al、Ga、In、As、Sb、P、N、Bi及/或其等之合金組合。
該抗反射塗層可具有小於1 x 10 -2之功率反射率。該抗反射塗層可包含介電材料(例如，SiO 2及/或Al 2O 3)及/或半導體材料(例如，Si或ZnSe)。
本發明之其他態樣之實施例之元件之描述亦可適用於本發明之此態樣。
在另一態樣中，本發明之實施例係關於一種固態光學裝置，其包含半導體基板及安置於該半導體基板之前側上且包含複數個磊晶層之固態增益介質，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有光束傳播方向之光。波導低電阻率金屬接觸墊安置於該複數個磊晶層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸。在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導低電阻率金屬接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播。第一及第二金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件分別包含安置於該波導低電阻率金屬接觸墊附近的第一及第二金屬接觸墊，該等第一及第二金屬墊之各者安置於絕緣體層上方，該絕緣體層與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸。電基板接觸件與該半導體基板接觸。輸出鏡由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定。抗反射塗層安置於該輸出鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光。將偏壓施加至該等第一及第二金屬接觸墊產生在該等第一及第二金屬接觸墊之各者正下方的該等磊晶層中自該等第一及第二金屬接觸墊延伸至該主動區的空乏區。施加正向偏壓至該波導低電阻率金屬接觸墊及施加個別偏壓至該等第一及第二金屬接觸墊而修改該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中之該等空乏區且經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入該等載子。可藉由變動至該等第一及第二金屬接觸墊之該偏壓而調諧各空乏區之寬度。調諧各空乏區之該寬度改變該波導金屬接觸墊下方的有效波導寬度且產生對於經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入之載子之橫向擴散之電位障壁。該光束傳播方向與該複數個磊晶層同平面。
可包含以下特徵之一或多者。該絕緣體層可包含氧化物及/或氮化物。
調諧各空乏區之該寬度可局部改變該波導金屬接觸墊下方的載子分布。改變該載子分布可改變該經發射光傳播穿過其之該等磊晶層之該體積之折射率、光學模式輪廓及/或損耗。
該電基板接觸件可包含安置於該半導體基板之背側上之金屬層及/或在該半導體基板之該前側處終止之金屬填充通孔。
該等MIS接觸件之各者可係絕緣的。
該固態增益介質可包含安置於該波導金屬接觸墊下方的脊。該基板及該增益介質可各包含III至V族半導體材料。
該III至V族半導體材料可包含Al、Ga、In、As、Sb、P、N、Bi及/或其等之合金組合。
該抗反射塗層可具有小於1 x 10 -2之反射率。該抗反射塗層可包含介電材料(例如，SiO 2及/或Al 2O 3)及/或半導體材料(例如，Si及/或ZnSe)。
本發明之其他態樣之實施例之元件之描述亦可適用於本發明之此態樣。
在仍另一態樣中，一種固態光學裝置包含半導體基板及安置於該半導體基板上且包含複數個磊晶層之固態增益介質，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有與該等磊晶層同平面之光束傳播方向之光。波導金屬接觸墊安置於該複數個層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導金屬接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播。光學上有損耗結構安置於該波導金屬接觸墊附近。電基板接觸件與該半導體基板接觸。輸出鏡由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定。抗反射塗層安置於該輸出鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光。該光學上有損耗結構產生對安置於其下方的該等磊晶層之部分中之光學模式之損耗，藉此減少平面內增益且限制自安置於該波導金屬接觸墊下方的磊晶層之該體積橫向擴散之載子之增益之參與。
可包含以下特徵之一或多者。複數個金屬接觸墊安置於其中載子流動且光學光束傳播之該體積附近，可經組態以產生受控、可調式高電阻率接觸件及安置於該等接觸墊下方的該複數個磊晶層之區中之空乏區，且藉此局部改變折射率、載子分布及光學模式輪廓或損耗之至少一者。
該光學有損耗結構可包含經摻雜非金屬結構、金屬結構、有意粗糙表面及/或金屬-絕緣體-半導體結構。
本發明之其他態樣之實施例之元件之描述亦可適用於本發明之此態樣。
在仍另一態樣中，本發明之實施例係關於一種控制藉由固態光學裝置發射之光束之像散之方法。該方法包含提供該固態光學裝置，該固態光學裝置包含半導體基板及安置於該半導體基板之前側上且包含複數個磊晶層之固態增益介質，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有與該等磊晶層同平面之光束傳播方向之該光束。波導低電阻率金屬接觸墊安置於該複數個層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導電接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播。第一及第二肖特基接觸件分別包含接近該波導低電阻率金屬接觸墊安置之第一及第二金屬接觸墊，該等第一及第二金屬接觸墊之各者與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸。電接觸件與該半導體基板接觸。輸出鏡由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定。抗反射塗層安置於該鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光。空乏區安置於該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中自該等第一及第二金屬接觸墊延伸。將偏壓施加至該等第一及第二金屬接觸墊之各者以調諧該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中之該等空乏區，藉此彎曲該等磊晶層中之能帶以產生對於自該波導金屬接觸墊下方的橫向載子向外擴散之可調式電位障壁。
可包含以下特徵之一或多者。可藉由變動該偏壓而調諧各空乏區之寬度，其中調諧各空乏區之該寬度改變該波導金屬接觸墊下方的有效波導寬度。
施加至該波導低電阻率金屬接觸墊以及第一及第二金屬接觸墊之該偏壓之各者之極性可係相同的。施加至該波導低電阻率金屬接觸墊之該偏壓之極性可不同於施加至該等第一及第二金屬接觸墊之該偏壓之極性。
本發明之其他態樣之實施例之元件之描述亦可適用於本發明之此態樣。
在又一態樣中，本發明之實施例係關於一種控制藉由固態光學裝置發射之光束之像散之方法。該方法包含提供該固態光學裝置，該固態光學裝置包含半導體基板及安置於該半導體基板之前側上且包括複數個磊晶層之固態增益介質，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有與該等磊晶層同平面之光束傳播方向之該光束。波導低電阻率金屬接觸墊安置於該複數個磊晶層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導電接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播。第一及第二金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件分別包含安置於該波導低電阻率金屬接觸墊附近的第一及第二金屬墊，該等第一及第二金屬墊之各者安置於絕緣體層上方，該絕緣體層與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸。電基板接觸件與該半導體基板接觸。輸出鏡由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定。抗反射塗層安置於該輸出鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光。將偏壓施加至該等第一及第二金屬接觸墊之各者以產生在該等第一及第二金屬接觸墊之各者正下方的該等磊晶層中且自該等第一及第二金屬接觸墊延伸至該主動區的空乏區。藉由變動該偏壓而調諧該等空乏區，藉此彎曲該等磊晶層中之能帶以產生對於自該波導金屬接觸墊下方的橫向載子向外擴散之可調式電位障壁。
可包含以下特徵之一或多者。可藉由變動該偏壓而調諧各空乏區之寬度，其中調諧各空乏區之該寬度改變該波導金屬接觸墊下方的有效波導寬度。
施加至該波導低電阻率金屬接觸墊以及第一及第二金屬接觸墊之該偏壓之各者之極性可係相同的。施加至該波導低電阻率金屬接觸墊之該偏壓之極性可不同於施加至該等第一及第二金屬接觸墊之該偏壓之極性。
在仍另一態樣中，本發明之實施例係關於一種用於控制藉由固態光學裝置發射之光束之像散之方法。該方法包含提供該固態光學裝置，該固態光學裝置包含含有複數個磊晶層之固態增益介質，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有與該等磊晶層同平面之光束傳播方向之該光束。波導低電阻率金屬接觸墊安置於該複數個層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導電接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播。第一及第二肖特基接觸件分別包含接近該波導低電阻率金屬接觸墊安置之第一及第二金屬接觸墊，該等第一及第二金屬接觸墊之各者與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸。電接觸件與具有與該波導低電阻率金屬接觸墊下方的該最頂部磊晶層之導電類型相反的導電類型之該複數個磊晶層之一者接觸，且定位於該主動區的遠離在該波導低電阻率金屬接觸墊正下方的該最頂部磊晶層之側上。輸出鏡由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定。抗反射塗層安置於該鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光。空乏區安置於該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中自該等第一及第二金屬接觸墊延伸。將偏壓施加至該等第一及第二金屬接觸墊之各者以調諧該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中之該等空乏區，藉此彎曲該等磊晶層中之能帶以產生對於自該波導金屬接觸墊下方的橫向載子向外擴散之可調式電位障壁。
在又一態樣中，本發明之實施例係關於一種固態光學裝置，其包含包括複數個磊晶層之固態增益介質，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有光束傳播方向之光。波導低電阻率金屬接觸墊安置於該複數個層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導金屬接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播。第一及第二肖特基接觸件分別包括安置於該波導金屬接觸墊附近的第一及第二金屬接觸墊，該等第一及第二金屬接觸墊之各者與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸；電接觸件與具有與該波導低電阻率金屬接觸墊下方的該最頂部磊晶層之導電類型相反的導電類型之該複數個磊晶層之一者接觸，且定位於該主動區的遠離在該波導低電阻率金屬接觸墊正下方的該最頂部磊晶層之側的側上。至少一個輸出鏡由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定。抗反射塗層安置於該至少一個輸出鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光。空乏區安置於該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中自該等第一及第二金屬接觸墊延伸至該主動區。施加正向偏壓至該波導低電阻率金屬接觸墊及施加個別偏壓至該等第一及第二金屬接觸墊而修改該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中之該等空乏區且經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入該等載子。可藉由變動至該等第一及第二金屬接觸墊之該偏壓而調諧各空乏區之寬度。調諧各空乏區之該寬度改變該波導金屬接觸墊下方的有效波導寬度且產生對於經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入之載子之橫向擴散之電位障壁。該光束傳播方向與該複數個磊晶層同平面。
在仍另一態樣中，本發明之實施例係關於一種固態光學裝置，其包含包括複數個磊晶層之固態增益介質，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有光束傳播方向之光。波導低電阻率金屬接觸墊安置於該複數個層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導低電阻率金屬接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播。第一及第二金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件分別包含安置於該波導低電阻率金屬接觸墊附近的第一及第二金屬接觸墊，該等第一及第二金屬墊之各者安置於絕緣體層上方，該絕緣體層與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸。電接觸件與具有與該波導低電阻率金屬接觸墊下方的該最頂部磊晶層之導電類型相反的導電類型之該複數個磊晶層之一者接觸，且定位於該主動區的遠離在該波導低電阻率金屬接觸墊正下方的該最頂部磊晶層之側上。輸出鏡由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定。抗反射塗層安置於該輸出鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光。將偏壓施加至該等第一及第二金屬接觸墊產生在該等第一及第二金屬接觸墊之各者正下方的該等磊晶層中自該等第一及第二金屬接觸墊延伸至該主動區的空乏區。施加正向偏壓至該波導低電阻率金屬接觸墊及施加個別偏壓至該等第一及第二金屬接觸墊而修改該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中之該等空乏區且經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入該等載子。可藉由變動至該等第一及第二金屬接觸墊之該偏壓而調諧各空乏區之寬度。調諧各空乏區之該寬度改變該波導金屬接觸墊下方的有效波導寬度且產生對於經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入之載子之橫向擴散之電位障壁。該光束傳播方向與該複數個磊晶層同平面。
相關申請案
本申請案主張2020年5月26日申請之美國臨時專利申請案第63/030,094號之優先權及權利，該案之揭示內容之全文藉此以引用的方式併入。
本發明之各項實施例適用於將經改良光輸出光束品質提供至利用固態半導體雷射(包含增益導引雷射)之應用。在其中純折射率導引歸因於實體問題(諸如高表面重組及洩漏)或歸因於經濟原因而無法使用，其中額外磊晶生長及額外所需處理前及後步驟增加最終裝置之成本且使進入大批量市場更不可能之情況中，本發明之實施例可尤其有益。
固態雷射(尤其半導體雷射)之一般問題係在垂直(生長)方向上，可產生完全折射率導引模式，而在接面平面(平行於生長方向)上，歸因於載子向外擴散，模式通常至少部分經增益導引。見Cook, D.D.,及Nash, F.R.(1975年)，「Gain-induced guiding and astigmatic output beam of GaAs lasers」， Journal of Applied Physics，1660至1672頁。此在將此等固態裝置整合或耦合至其中模式匹配像散光束非常複雜之IV族光子積體電路中尤其關鍵。
本發明之實施例提供減少接面內平面增益導引及因此像散之方式。
參考圖1a至圖1d，在根據本發明之實施例之固態發光裝置10中，光學模式在垂直於磊晶層平面之方向上經折射率導引且在平面內方向上經增益導引。特定言之，圖1a係裝置10之俯視圖，其中第一及第二肖特基接觸件105、110安置於包含增益介質之複數個磊晶層120之頂部上之低電阻率波導接觸件115之兩側上。第一及第二肖特基接觸件105、110各包含各形成金屬-半導體界面之金屬接觸墊。輸出鏡刻面130安置於半導體材料(即，磊晶層結構120及底層基板)與經沈積塗層135、140之間之界面處。AA'標記圖1b中描繪之橫截面且BB'標記圖1c及圖1d中描繪之橫截面。
參考係圖1a之裝置10之橫截面視圖AA’之圖1b，複數個磊晶層120安置於基板100上。磊晶層120包含主動區145。背側基板接觸件125安置於基板100之背側上。塗層135/140安置於經分裂輸出刻面130上。低電阻率波導接觸件115安置於磊晶層120上方。
參考係圖1a之裝置10之橫截面視圖BB’之圖1c，第一及第二肖特基接觸件105、110安置於低電阻率波導接觸件115之兩側上。在將偏壓施加至肖特基接觸件105、110之金屬接觸墊之後，空乏區200分別形成於第一及第二肖特基接觸件105、110下方。空乏區200形成於金屬肖特基接觸件105、110與下方的磊晶半導體層之間之界面處且突出至磊晶層中，從而延伸直至主動區145。在圖中，自波導115下降至背側接觸件125之箭頭展示經注入電流流自最頂部波導接觸件跨主動區145且至基板接觸件中之示意性路徑。低電阻率波導接觸件115之實際實體寬度由W指示，且歸因於橫向載子擴散之電流注入孔隙之有效寬度由W eff指示。在經繪示實施例中，零偏壓經施加至金屬肖特基接觸件105、110(即，V1及V2 = 0)。使用任意正向偏壓值V3=x以驅動電流通過結構。虛線橢圓形255指示光學模式輪廓。
如同圖1c，圖1d係圖1A之裝置10之橫截面視圖BB’，區別在於單獨偏壓經施加至肖特基接觸件105、110之金屬接觸墊以增加空乏區200寬度跨主動區145之寬度。偏壓亦減少橫向載子向外擴散及電流散佈效應。此使用自波導115下降至背側接觸件125之箭頭示意性地繪示，其中有效電流孔隙寬度W eff與低電阻率波導115之實際實體寬度W重合。虛線橢圓形255指示光學模式輪廓。
在操作期間，藉由在低電阻率波導接觸件115與電基板接觸件125之間施加正向偏壓且抑制跨磊晶層堆疊之載子流而在主動區145中產生光。經產生光在裝置內部在經分裂刻面之間傳播，且經由刻面離開。肖特基接觸件105、110係高度電阻率金屬-半導體接觸件，且在界面及延伸至下方的磊晶層堆疊120中之空乏區200處產生障壁。可藉由施加外部偏壓而調諧此空乏區之寬度。見Sze， Physics of Semiconductor Devices，John Wiley及Sons (1981年)。當偏壓經施加至肖特基接觸件之第一及第二金屬接觸墊之各者以調諧第一及第二金屬接觸墊之各者下方的磊晶層中之空乏區時，磊晶層中之能帶經彎曲以產生對於自波導金屬接觸墊下方的橫向載子向外擴散之可調式電位障壁。
施加至波導低電阻率金屬接觸墊以及第一及第二金屬接觸墊之偏壓之各者之極性可係相同的或極性可係不同的。
調諧各空乏區之寬度局部改變波導金屬接觸墊下方的載子分布。改變載子分布改變經發射光傳播穿過其之磊晶層之體積之折射率、光學模式輪廓及光學損耗。若空乏區自波導接觸件之兩側延伸至主動區層堆疊中，則在該處注入之載子面向橫向電位障壁，從而阻礙向外擴散。因此，減少接面內平面中之增益導引，藉此減少像散。此行為在圖1c及圖1d中繪示，圖1c及圖1d描繪對應於有效電流孔隙之W eff，包含載子向外擴散。在將偏壓施加至肖特基接觸件之後，W eff約等於實際實體接觸件寬度W。
在一些實施例中，裝置10係如下製造之III至V族半導體裝置。固態增益介質形成於半導體基板100上方。基板及增益介質之各者可包含III至V族半導體材料。III至V族半導體材料可包含Al、Ga、In、As、Sb、P、N、Bi及/或其等之合金組合。固態增益介質包含複數個磊晶層120，該複數個磊晶層120包含複數個摻雜劑以及具有經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層之主動區145，其中固態增益介質經組態以發射具有光束傳播方向之光。
可藉由任何習知技術(諸如分子束磊晶(MBE)、金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)等)沈積磊晶層。三個接觸件經形成於複數個磊晶層上方。接觸件之形成可藉由電子束蒸鍍、磁控濺鍍、兩個技術之組合或熟習半導體技術者已知之其他手段完成。兩個接觸件係高度電阻性第一及第二金屬-半導體接觸件(肖特基接觸件) 105、110。各肖特基接觸件之電阻率可係至少1 x 10 -3Ωcm 2。肖特基接觸件安置於波導金屬接觸墊115附近且與正下方的磊晶層之各別部分接觸。波導低電阻率金屬接觸件115與複數個磊晶層之最頂部磊晶層接觸。波導低電阻率金屬接觸件之電阻率可係不大於1 x 10 -3Ωcm 2。在操作期間，載子流動通過此接觸件且經發射光在接觸墊下方的體積中傳播。
接觸件105、110、115不一定具有相同組合物。接觸件組合物之選擇強烈取決於各接觸件下方的最頂部層是否係 n型或 p型及下伏半導體層之材料組合物。例如，若接觸件下方的下伏半導體層係 n型GaAs，則肖特基接觸件105、110可係Ti (5 nm)及Au (300 nm)之堆疊且低電阻率波導接觸件可係合金化AuGe (重量百分比分別為88%及12%)以形成低電阻率合金化接觸件。背側接觸件125亦可係合金化AuGe接觸件。若下伏材料係 p型GaAs，則適用於高電阻率肖特基接觸件之材料係(例如) Ag、Au及/或Hf，而低電阻率接觸件可由合金化InAu (重量百分比分別為80%至20%)接觸件形成。歸因於金屬-半導體界面處之電位障壁形成而產生高電阻率接觸件。障壁高度由金屬功函數及半導體表面狀態之密度判定。低電阻性歐姆接觸件需要半導體中之高摻雜濃度以及低障壁高度。低障壁高度通常難以確保，因此較佳使用各種技術，諸如其中(例如) AuGe擴散至半導體中之合金化接觸件、離子植入或其他技術。
可藉由憑藉電子束沈積、磁控濺鍍或熟習此項技術者熟知之其他習知技術將金屬層沈積於基板背側上而在基板100之背側125上形成至半導體基板之電接觸件。用於金屬層之適合金屬之實例係(例如) AuGe (88重量%及12重量%之混合物)合金式接觸件等。
在一些實施例(未展示)中，電基板接觸件可包含在半導體基板之前側處終止之金屬填充通孔。
用於裝置10之光學諧振器係藉由使結構分裂以形成經分裂刻面130而形成。為了防止自雷射發光，具有足夠低反射率之至少一個抗反射塗層135形成於經分裂刻面130之一者上。塗層135可具有小於1 x 10 -2之功率反射率。抗反射塗層135可由介電材料(諸如SiO 2或Al 2O 3)或半導體材料(諸如Si或ZnSe)製成。可使用用於沈積塗層之標準技術，諸如磁控濺鍍、電子束沈積或分子束磊晶。藉由在採用四分之一波塗層(一層或多層堆疊)時精確地調整介電質或半導體之厚度且針對所要中心波長利用破壞性干涉效應而調諧反射率。典型介電層厚度係波長之四分之一之量級且亦取決於材料之折射率。裝置之功率反射率可在製造之後藉由卡米諾(Kaminow)方法量測。見Vizbaras, K.、Dvinelis, E. Š.、Trinkūnas, A.、Songaila, R.、Žukauskas, T.、Kaušylas, M.及Vizbaras, A. (2015年)，「High Power Continuous Wave GaSb-based Superluminescent diodes as gain chips for widely tunable laser spectroscopy in the 1.95 - 2.45 um wavelength range」， Applied Physics LettersVol. 107 (1), 011103-01107。其他經分裂刻面130亦使用光學塗層140鈍化，該光學塗層140可係高度反射或抗反射，只要防止自雷射發光。高度反射塗層可使用與製造抗反射塗層之技術相同之技術達成，僅較佳針對建設性干涉最佳化四分之一波長堆疊以增加反射率。
可能實際實例如下。基板、磊晶層及接觸件層之實例僅係闡釋性的；可使用許多其他材料組合及製造方法，如熟習此項技術者將容易認知。
提供 n型摻雜(5 x 10 17cm -3Te摻雜)之GaSb基板(100)，具有複數個磊晶層120之增益區藉由分子束磊晶形成於該GaSb基板上。一些磊晶層包含用於輔助載子之電傳輸之摻雜劑以及主動區145。磊晶層120可包含合金(諸如AlGaAsSb、GaInAsSb、GaSb、AlAsSb等)及摻雜劑(諸如Be、Te、Si等)。
包含第一及第二肖特基接觸件105、110及低電阻率波導接觸件115之接觸件可藉由電子束蒸鍍沈積於磊晶層堆疊之頂部上。當設計接觸件電阻率(不小於1 x 10 -3Ωcm 2及不大於5 x 10 -3Ωcm 2之肖特基接觸件)時，可選取不同金屬材料以產生所要電阻率。
在使刻面130分裂之後，接觸件及下伏磊晶層可藉由(例如)磁控濺鍍或電子束蒸鍍或用於沈積介電材料(諸如Al 2O 3、SiO 2等)之其他技術鈍化。又，半導體材料(諸如Si、ZnSe等)可用於鈍化且用於提供抗反射塗層之功能性以便抑制自雷射發光。通常言之，為了抑制自雷射發光，抗反射塗層之功率反射率必須小於1 x 10 -2，如在Vizbaras等人，2015年中論述。基板接觸件125可藉由電子束蒸鍍、磁控濺鍍或類似技術沈積於GaSb基板之背側上。又，至基板之接觸件可自頂側藉由深度蝕刻通孔向下至基板而製成，如在圖5a至圖5d中展示。以此方式，可在頂部上實現全部電接觸件。
在一些實施例中，裝置10亦可具有安置於低電阻率波導接觸件115下方的脊波導。藉由選擇性地移除低電阻率波導接觸件115之兩側上之半導體材料而形成脊波導。此移除通常係藉由乾式或濕式化學蝕刻或兩者之組合完成。在準折射率導引結構中，蝕刻(材料移除)在主動區之前停止以便不在經蝕刻側壁處產生表面重組中心。將剩餘磊晶層堆疊表示為122，即，增益介質122。參考圖2a，第一及第二肖特基(金屬-半導體)接觸件安置於磊晶層結構(包含增益介質122 (見圖2b))之頂部上之低電阻率波導接觸件115之兩側上。輸出鏡刻面130安置於半導體材料與經沈積塗層135、140之間之界面處。
脊波導之形成可包含在經蝕刻表面上沈積絕緣體層150，惟針對其中安置低電阻率波導接觸件且兩個高度電阻率接觸件105、110與半導體層堆疊接觸的區域除外。需要此絕緣體以用於經蝕刻側壁鈍化及免於環境之保護。脊波導形成通常係藉由選擇性乾式及/或濕式化學蝕刻低電阻率波導接觸件115之兩側上之半導體材料以界定脊波導(圖2b)而達成。蝕刻接近主動區(即，接近主動層145)停止，從而確保不蝕刻穿過該主動區。通常言之，蝕刻在主動區之前50 nm至500 nm處終止，但不具體地限於此，只要不蝕刻穿過其中發生載子重組之主動層145。此幾何形狀導致準折射率導引之裝置結構，其中光學模式藉由憑藉蝕刻脊波導結構而產生之折射率階而部分導引且亦在接面平面中經增益導引。然而，此處，第一及第二肖特基接觸件105、110之墊安置於在蝕刻之後保留之最頂部磊晶層上之主動區層145正上方。接觸墊106、111連接至高電阻率肖特基接觸件105、110且出於實際探測原因而經路由於絕緣體層150上方。
磊晶層堆疊122安置於圖2b中之肖特基接觸件105、110下方。接觸墊106、111經路由於絕緣體層150上方且連接至肖特基接觸件105、110。整體控制機制與前述實例相同，其中脊-波導解決方案提供空乏區200寬度(穿透至接觸件下方的層中)之更有效控制且需要更少偏壓以確保下方的主動區之空乏及橫向向外擴散之減少，因此像散之減少。
自低電阻率波導接觸件115下降至背側接觸件125之箭頭示意性地展示經注入電流流自最頂部波導接觸件跨主動區至基板接觸件之路徑。低電阻率波導接觸件115之實際實體寬度由W指示，且歸因於橫向載子擴散之電流注入孔隙之有效寬度由大於W之W eff指示。在經繪示實施例中，|V1|及|V2| ＞ 0，因此，接觸件105、110在反向偏壓下，V3 = x指示用於驅動電流通過結構之任意正向偏壓值。虛線橢圓形255指示光學模式輪廓。
參考圖3a至圖3d，在另一實施例中，藉由接近電流注入孔隙安置金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件而在主動區中抑制橫向載子擴散，因此減少平面內增益導引且減少像散。以此方式，與採用金屬-絕緣體肖特基接觸墊之上述實施例相比，在形成MIS接觸墊205、210之後不形成空乏區200。實情係，僅在施加偏壓之後形成且調諧空乏區。取決於下伏半導體層之摻雜位準及固有載子濃度，空乏區在接觸墊下方的最大範圍可達到數微米，如在Sze (1981年)中詳細解釋。此方法之優點係在將DC偏壓施加至MIS接觸墊之後，不發生電荷傳輸且因此無寄生電流流，此等寄生電流通常降低整體裝置效率。
特定言之，圖3a係裝置20之俯視圖，其中第一及第二MIS接觸件205、210安置於包含增益介質之複數個磊晶層220之頂部上之低電阻率波導接觸件215之兩側上。第一及第二MIS接觸件205、210各包含各形成與絕緣體250之金屬-絕緣體界面之金屬接觸墊。輸出鏡刻面230安置於半導體材料(即，磊晶層結構220及底層基板)與經沈積塗層235、240之間之界面處。AA’標記圖3b中描繪之橫截面且BB’標記圖3c及圖3d中描繪之橫截面。
參考係圖3a之裝置20之橫截面視圖AA’之圖3b，複數個磊晶層220安置於基板200上。磊晶層220包含主動區245。背側基板接觸件225安置於基板200之背側上。塗層235、240安置於經分裂輸出刻面230上。低電阻率波導接觸件215安置於磊晶層220上方。
自低電阻率波導接觸件215下降至背側接觸件225之箭頭示意性地展示經注入電流流自最頂部波導接觸件跨主動區至基板接觸件中之路徑。低電阻率波導接觸件215之實際實體寬度由W指示，且歸因於橫向載子擴散之電流注入孔隙之有效寬度由大於W之W eff指示。V1及V2 = 0，其指示在至接觸件205、210之0 V偏壓下之情境，V3 = x指示用於驅動電流通過結構之任意正向偏壓值。虛線橢圓形255指示光學模式輪廓。在0 V下缺乏空乏區亦顯而易見。
參考係圖3a之裝置20之橫截面視圖BB’之圖3c，第一及第二MIS接觸件205、210安置於低電阻率波導接觸件215之兩側上。在將偏壓(V1及V2)施加至MIS接觸件205、210之金屬接觸墊之後，空乏區201分別形成於第一及第二MIS接觸件205、210下方。偏壓極性取決於絕緣體層下方的半導體類型。針對n型半導體，極性係負的，且針對p型半導體，極性係正的。絕緣體250與主動區245之間之空乏區之位置僅係闡釋性的，其指示空乏區寬度可自MIS結構經連續調諧至由絕緣體-半導體界面處之反轉之開始侷限之最大可能空乏層寬度。
在圖3c中，自波導215下降至背側接觸件225之箭頭展示經注入電流流自最頂部波導接觸件跨主動區245且至基板接觸件中之示意性路徑。低電阻率波導接觸件215之實際實體寬度由W指示，且歸因於橫向載子擴散之電流注入孔隙之有效寬度由大於W之W eff指示。任意正向偏壓值V3=x用於驅動電流通過結構。虛線橢圓形255指示光學模式輪廓。
如同圖3c，圖3d係圖3A之裝置20之橫截面視圖BB’，區別在於充分偏壓經施加至MIS接觸件205、210之金屬接觸墊以增加跨主動驅動245之空乏區201寬度。偏壓亦減少橫向載子向外擴散及電流散佈效應。此使用自波導215下降至背側接觸件225之箭頭示意性地繪示，其中在與V1及V2具有相同極性但具有更大模量之特定偏壓V11及V22下，有效電流孔隙寬度W eff與低電阻率波導215之實際實體寬度W重合。虛線橢圓形255指示光學模式輪廓。
如在肖特基接觸件之情況中，調諧具有MIS接觸件之裝置中之各空乏區之寬度亦局部改變波導金屬接觸墊下之載子分布。改變載子分布可改變經發射光傳播穿過其之磊晶層之體積之折射率、光學模式輪廓及/或損耗。若空乏區自波導接觸件之兩側延伸至主動區層堆疊中，則在該處注入之載子面向電位障壁，從而阻礙向外擴散。因此，減少接面內平面中之增益導引，藉此減少像散。
可如下製造具有MIS接觸墊之結構。提供半導體基板200。半導體基板200可係(例如) GaAs、GaSb、InP或任何其他適合半導體材料。複數個磊晶III至V族半導體層220形成於半導體基板上方。此等層之一些有意地摻雜有摻雜劑。亦包含具有其中發生載子產生重組且產生光之至少一個層之主動區245。此等磊晶層可藉由標準磊晶生長技術(諸如分子束磊晶等)形成。此等層220構成可藉由典型半導體製造技術製造成具有與磊晶層同平面之經界定光束傳播方向之裝置之增益區。在製造步驟期間，絕緣體沈積通常藉由磁控濺鍍、電漿增強化學氣相沈積(PECVD)或其他技術發生。接觸件幾何形狀由標準微影技術界定且在經沈積絕緣體層250之頂部上，金屬沈積發生且形成MIS接觸件205、210。在形成低電阻率波導接觸件215之前，蝕刻掉絕緣體250，使得電流可在經施加偏壓下有效地行進通過。基板接觸件225安置於基板之背側上或係藉由蝕刻形成之自頂部至基板之通孔，其中接觸件經路由至晶圓之頂側上之墊(見圖5a至圖5d及下文之相關文本)。
參考圖4，類似於上文已針對肖特基接觸件描述，脊亦可安置於具有MIS接觸件之結構中之低電阻率波導接觸件下方，即，固態增益介質可包含安置於波導金屬接觸墊下方的脊。與肖特基接觸件情況之主要差異係此處，絕緣體層250在金屬墊205、210下方在金屬墊與磊晶層之間延伸。在金屬墊205、210下方的此絕緣體層可視情況具有不同於結構中之其他處之厚度。具有藉由憑藉與肖特基障壁實例相同之手段選擇性地移除低電阻率波導接觸件之兩側上之材料而安置之脊提供與先前描述之肖特基接觸件情況中相同之益處。可接近波導接觸件移除主動區245上方之磊晶層222之部分，其中MIS接觸件205、210形成於經減少磊晶層區上方。藉此，使MIS接觸件205、210更接近主動區245容許接觸件下方的空乏區201之更有效控制且需要更少偏壓以空乏主動區，因此更有效地減少橫向載子向外擴散且侷限增益導引接面內平面，因此減少像散。在經繪示實施例中，MIS接觸件205、210在反向偏壓下，即，|V1|及|V2| ＞ 0。V3 = x指示用於驅動電流通過結構之任意正向偏壓值。虛線橢圓形255指示光學模式輪廓。
可如下組態基板接觸件。參考圖5a，在本發明之一些實施例中，全部接觸件經路由至裝置之前側。在經繪示實施例中，在裝置50中，第一及第二MIS接觸件505、510安置於包含增益介質之磊晶層結構520之頂部上之低電阻率波導接觸件515之兩側上。絕緣體層550安置於接觸件505、510、515下方。輸出鏡刻面530使用在半導體材料與經沈積塗層535、540之間之界面處之箭頭展示。AA’標記圖5b中描繪之橫截面且BB’標記圖5c中描繪之橫截面且CC’標記圖5d中描繪之橫截面。基板接觸件525透過通孔526經路由至裝置之前側。
圖5b係裝置50之AA’橫截面視圖。裝置50包含基板500、在低電阻率波導接觸件515下方的磊晶層堆疊520及主動區545。輸出鏡刻面530安置於半導體材料與經沈積塗層535、540之間之界面處。
圖5c係裝置50之BB’橫截面視圖，其中全部接觸件經路由至前側。裝置50包含基板500、在低電阻率波導接觸件515下方的磊晶層堆疊520、在脊之蝕刻之後保留且坐於MIS接觸件505、510下方的磊晶層522及主動區545。金屬通孔526自基板500延伸至前側上之基板接觸墊525。空乏區501在藉由將偏壓施加至MIS接觸件510而產生之偏壓下形成。絕緣體層550沈積於半導體表面上。W指示有效電流孔隙寬度，當空乏區501阻擋橫向載子向外擴散時，該有效電流孔隙寬度與實體孔隙寬度重合。
圖5d係裝置50之CC’橫截面視圖，其中全部接觸件經路由至前側。此繪示低電阻率接觸件515可跨MIS接觸件505經路由至接觸墊之許多可能方式之一者。此處，裝置包含主動區545、基板500、在形成脊之後保留在MIS接觸件下方的磊晶層堆疊522、輸出鏡刻面530、光學塗層535、540及絕緣體層550。
再者，除前述實例之外，本發明之實施例亦包含與肖特基及/或MIS接觸件組合或單獨、接近低電阻率波導接觸件包含特定結構之裝置。歸因於其中光學場仍穿透之金屬或經摻雜半導體中之自由載子抑制損耗或歸因於粗糙介面處之散射之損耗或兩者之組合，有意地針對光學模式使此等特定結構有損耗。在圖6a至圖6c中與用於調諧空乏區之MIS接觸件組合描繪最簡單形式之此等光學上有損耗結構。裝置60包含MIS接觸件675，但不具有任何經施加偏壓。若絕緣體層650足夠薄且MIS接觸件675足夠接近其中光學模式傳播之低電阻率波導接觸件615，則光學場亦部分洩漏至光學上有損耗結構中，即，在脊之側上之MIS接觸件675及經抑制損耗減少在此等結構正下方的接面內平面增益，從而導致像散減少。非常類似敘述適用於藉由將金屬直接放置成與半導體接觸而產生之有損耗未加偏壓結構685 (見圖6a至圖6c)。此處，光學模式亦歸因於自由載子吸收而經歷損耗，且增益(包含平面內增益)在結構正下方減少，因此減少像散。在各項實施例中，光學有損耗結構可係經摻雜非金屬結構、金屬結構、有意粗糙表面及/或金屬-絕緣體-半導體結構。損耗機制亦不限於自由載子吸收，但可由價帶吸收、散射等引起。
特定言之，參考係裝置60之俯視圖之圖6a，裝置60包含與亦安置於脊之兩側上之MIS接觸件605、610組合之安置於低電阻率波導接觸件615之兩側上之光學上有損耗結構675、685。絕緣體層650安置於半導體表面上方。藉由在最頂部磊晶層之頂部上接近波導接觸件615製造MIS接觸件而形成有損耗結構675。無偏壓施加至有損耗結構675之MIS接觸件。在裝置中傳播之光學模式洩漏至有損耗結構675且歸因於有損耗結構之金屬層中之自由載子吸收而經歷損耗，因此，減少有損耗結構下方的增益。有損耗結構685係藉由將金屬結構直接安置於最頂部半導體層上而形成之類似光學上有損耗結構。以此方式，若無偏壓施加至金屬結構，則亦形成光學上有損耗結構，此歸因於自由載子吸收而減少下方的磊晶層中之增益。裝置60包含經分裂輸出鏡刻面630，其中光學塗層635、640安置於刻面上。AA’標記與圖5b中描繪之裝置功能上相同之裝置之橫截面。CC’係圖6b中描繪之裝置橫截面，其中提供關於有損耗結構675、685之更多細節。一般言之，裝置60係具有光學上有損耗結構及具備安置於低電阻率波導接觸件之兩側上之可調式空乏區之結構之組合之結構。裝置60之結構不限於圖6a至圖6c中展示之確切組合且可包含各種光學上有損耗結構，諸如非金屬結構、金屬機構、有意粗糙表面或金屬-絕緣體-半導體結構。
參考圖6b，裝置60之橫截面CC’繪示半導體基板600及在於低電阻率波導接觸件615之兩側上形成脊之後保留之磊晶層堆疊622 (見圖6a、圖6c)。絕緣體層650安置於半導體層之頂部上。MIS接觸件605調諧接近脊之空乏區。光學上有損耗未加偏壓金屬-半導體結構685及未加偏壓光學上有損耗MIS結構675接近波導接觸件615安置。主動區645安置於磊晶層堆疊622中。裝置60包含輸出鏡刻面630及安置於鏡刻面上之光學塗層635、640。
參考圖6c，裝置60之橫截面BB’繪示安置於具有低電阻率波導接觸件615之脊之兩側上之MIS光學上有損耗結構675以及用於調諧空乏區寬度之加偏壓MIS接觸件605、610。絕緣體層650安置於半導體層上。空乏區601形成於可調式MIS接觸件605、610下方。主動區645安置於在為了接近低電阻率波導接觸件615形成脊選擇性地移除材料之後保留之磊晶層堆疊622中。提供至基板600之基板接觸件625。箭頭示意性地描繪跨結構之電流流且脊寬度W由接觸件615幾何形狀界定。
參考圖7，繪示可藉由(例如) MBE形成之例示性半導體磊晶層結構70。此層結構可在本發明之各項實施例中使用且僅為了提供可用於本文中描述之裝置中之複數個磊晶層之實例經描述。熟習此項技術者將容易理解，用於光電之許多其他層結構可併入所述裝置中。
層結構可形成於使用Te摻雜至5 x 10 17cm -3之位準之GaSb結構700上。層結構包含磊晶GaSb緩衝層705 (1000 nm之厚度)，該磊晶GaSb緩衝層705經摻雜至3 x 10 18cm -3之標稱位準、安置於基板上方且接著為具有線性漸變組合物之60 nm厚四級Al xGa 1-xAs ySb 1-y漸變層710 (0 ＜ x ＜ 0.45，0 ＜ y ＜ 0.042)。具有1500 nm之高度Te摻雜(標稱上3 x 10 17cm -3)四級Al 0.45Ga 0.55As 0.04Sb 0.96之外部包覆層715安置於漸變層710上，接著為具有較低摻雜位準(1.2 x 10 17cm -3)之Al 0.45Ga 0.55As 0.04Sb 0.96之700 nm之包覆層720。包覆層720之後接著為100 nm厚之經輕度摻雜(Te經標稱摻雜至5 x 10 16cm -3之位準)四級Al xGa 1-xAs ySb 1-y之漸變層725，其中Al及As含量分別自0.45線性地漸變至0.25且自0.04線性地漸變至0.02。在漸變層725之後，安置由370 nm厚之四級Al 0.25Ga 0.75As 0.02Sb 0.98(標稱上未摻雜材料)製成之內部波導層730。此之後接著為其中發生載子重組之11 nm厚之Ga 0.73In 0.27As 0.04Sb 0.96量子阱層735，接著為具有與內部波導層730相同之材料組合物之20 nm厚之障壁層740，接著為第二11 nm厚之Ga 0.73In 0.27As 0.04Sb 0.96量子阱層735。上方安置由標稱上未摻雜Al 0.25Ga 0.75As 0.02Sb 0.98構成之370 nm厚之 p側內部波導層745，在該 p側內部波導層745上方安置具有線性漸變組合物之100 nm厚之摻雜Be (5 x 10 16cm -3)之四級Al xGa 1-xAs ySb 1-y(0.25 ＜ x ＜ 0.45，0.02 ＜ y ＜ 0.042)漸變層750。漸變層750之層之後為摻雜有Be至1 x 10 17cm -3之位準之Al 0.45Ga 0.55As 0.04Sb 0.96之700 nm厚之 p側外部包覆層755，及500 nm厚之更高Be摻雜(1 x 10 18cm -3) Al 0.45Ga 0.55As 0.04Sb 0.96包覆層760及最後，接著為1000 nm之最高摻雜(5 x10 18cm -3)包覆層765。此之後接著為60 nm之高度Be摻雜(5 x 10 18cm -3)漸變Al xGa 1-xAs ySb 1-y(0.45 ＞ x ＞ 0，0.04 ＞ y ＞ 0)漸變層770。整體結構最終為200 nm厚之高度Be摻雜(1 x 10 19cm -3) GaSb接觸件層775。
裝置10、20、50全部包含與磊晶層結構70相同或類似之磊晶層結構。圖7中之完整層堆疊780係最初形成之磊晶層堆疊120、220、520、620之組態之實例，而部分層堆疊785係在蝕刻脊-波導結構之後保留之堆疊之實例。
在一些實施例中，可如下修改光學裝置10、20、50。在製造光學裝置之後，藉由機械研磨、化學蝕刻或機械化學拋光之組合自初始磊晶層堆疊(例如，層堆疊70)之背側移除半導體基板。因此，半導體可在製造期間用作機械固持件以及用於界定生長於頂部上之磊晶層之晶格常數，但接著可自光學裝置移除。在此等實施例中，電接觸件未安置於基板上或連接至基板；實情係，電接觸件與具有與波導低電阻率金屬接觸墊下方的最頂部磊晶層之導電類型相反的導電類型之磊晶層接觸，且定位於主動區的遠離在波導低電阻率金屬接觸墊正下方的最頂部磊晶層之側的側上。例如，在圖7中之堆疊70中，此將對應於安置於至層705、710、715、720、725或730之任何者之金屬通孔或其他導電路徑上或藉由層705、710、715、720、725或730之任何者之金屬通孔或其他導電路徑連接之接觸墊。適合電接觸件可與上文針對裝置10描述之低電阻率波導接觸件相同或類似。例如，電接觸件可由AuGe (重量百分比分別為88%及12%)製成以形成低電阻率合金式接觸件。
前述特定光學裝置配置僅係本發明之許多可能實施例之數個實例。本發明之所述實施例僅旨在為例示性的且熟習此項技術者將明白多個變動及修改。全部此等變動及修改旨在在如在隨附發明申請專利範圍中界定之本發明之範疇內。
10:固態發光裝置 20:裝置 50:裝置 60:裝置 70:半導體磊晶層結構 100:基板 105:第一肖特基接觸件 106:接觸墊 110:第二肖特基接觸件 111:接觸墊 115:低電阻率波導接觸件 120:磊晶層 122:增益介質/磊晶層堆疊 125:背側基板接觸件 130:輸出鏡刻面 135:塗層/抗反射塗層 140:塗層/光學塗層 145:主動區 150:絕緣體層 200:半導體基板/基板 201:空乏區 205:第一金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件 210:第二金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件 215:低電阻率波導接觸件 220:磊晶層/半導體層 225:背側基板接觸件 222:磊晶層 230:輸出鏡刻面 235:塗層 240:塗層 245:主動區 250:絕緣體 255:虛線橢圓形 500:基板 501:空乏區 505:第一金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件 510:第二金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件 515:低電阻率波導接觸件 520:磊晶層結構 522:磊晶層 525:基板接觸件 526:通孔 530:輸出鏡刻面 535:塗層/光學塗層 540:塗層/光學塗層 545:主動區 550:絕緣體層 600:半導體基板 601:空乏區 605:金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件 610:金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件 615:低電阻率波導接觸件 620:磊晶層堆疊 622:磊晶層堆疊 625:基板接觸件 630:經分裂輸出鏡刻面 635:光學塗層 640:光學塗層 645:主動區 650:絕緣體層 675:金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件/光學上有損耗結構 685:有損耗未加偏壓結構/光學上有損耗結構 700:GaSb結構 705:磊晶GaSb緩衝層 710:漸變層 715:外部包覆層 720:包覆層 725:漸變層 730:內部波導層 735:量子阱層 740:障壁層 745:p側內部波導層 750:漸變層 755:p側外部包覆層 760:包覆層 765:包覆層 770:漸變層 775:接觸件層 780:完整層堆疊 785:部分層堆疊 W:實際實體寬度 W eff:有效寬度
圖1a係根據本發明之實施例之包含肖特基接觸件之固態光學裝置之俯視圖；
圖1b係根據本發明之實施例之平行於光束傳播方向之圖1a之固態光學裝置之橫截面視圖；
圖1c係根據本發明之實施例之垂直於光束傳播方向且不具有施加至肖特基接觸件之偏壓之圖1a之固態光學裝置之橫截面視圖；
圖1d係根據本發明之實施例之垂直於光束傳播方向之具有施加至肖特基接觸件之偏壓之圖1a之固態光學裝置之橫截面視圖；
圖2a係根據本發明之實施例之包含肖特基接觸件及脊波導之固態光學裝置之俯視圖；
圖2b係根據本發明之實施例之具有施加至肖特基接觸件之反向偏壓之圖2a之固態光學裝置之橫截面視圖；
圖3a係根據本發明之實施例之包含MIS接觸件之固態光學裝置之俯視圖；
圖3b係根據本發明之實施例之不具有施加至MIS接觸件之偏壓之圖3a之固態光學裝置之橫截面視圖；
圖3c係根據本發明之實施例之具有施加至MIS接觸件之偏壓之圖3a之固態裝置之橫截面視圖；
圖3d係根據本發明之實施例之具有施加至MIS接觸件之充分偏壓以增加跨主動區的空乏區寬度且減少橫向載子向外擴散及電流散佈效應之圖3a之固態裝置之橫截面視圖；
圖4係包含肖特基接觸件及包含安置於波導金屬接觸墊下方的脊之固態增益介質之固態光學裝置之橫截面視圖；
圖5a係根據本發明之實施例之包含MIS接觸件之固態光學裝置之俯視圖；
圖5b係根據本發明之實施例之圖5a之固態光學裝置之橫截面視圖；
圖5c係根據本發明之實施例之圖5a之固態光學裝置之第二橫截面視圖，其繪示在半導體基板之前側處終止之金屬填充通孔；
圖5d係根據本發明之實施例之圖5a之固態光學裝置之第三橫截面視圖，其繪示包含在半導體基板之前側處終止之金屬填充通孔之裝置之裝置頂側；
圖6a係根據本發明之實施例之包含光學上有損耗結構之固態光學裝置之俯視圖；
圖6b係根據本發明之實施例之圖6a之固態光學裝置之橫截面視圖；
圖6c係根據本發明之實施例之圖6a之固態光學裝置之第二橫截面視圖；及
圖7係根據本發明之實施例之適用於併入固態光學裝置中之磊晶層結構之實例之橫截面視圖。
10:固態發光裝置
100:基板
105:第一肖特基接觸件
110:第二肖特基接觸件
115:低電阻率波導接觸件
120:磊晶層
125:背側基板接觸件
145:主動區
200:半導體基板/基板
255:虛線橢圓形
W:實際實體寬度
Weff:有效寬度

Claims (42)

  1. 一種固態光學裝置，其包括： (i)半導體基板； (ii)固態增益介質，其安置於該半導體基板之前側上且包括複數個磊晶層，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有光束傳播方向之光； (iii)波導低電阻率金屬接觸墊，其安置於該複數個磊晶層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導金屬接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播； (iv)第一及第二肖特基接觸件，其等分別包括安置於該波導金屬接觸墊附近的第一及第二金屬接觸墊，該等第一及第二金屬接觸墊之各者與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸； (v)電基板接觸件，其與該半導體基板接觸； (vi)至少一個輸出鏡，其由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定；及 (vii)抗反射塗層，其安置於該至少一個輸出鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光， 其中(a)空乏區安置於該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中，自該等第一及第二金屬接觸墊延伸至該主動區，(b)施加正向偏壓至該波導低電阻率金屬接觸墊及施加個別偏壓至該等第一及第二金屬接觸墊修改該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中之該等空乏區且經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入該等載子，(c)可藉由變動至該等第一及第二金屬接觸墊之該偏壓而調諧各空乏區之寬度，(d)調諧各空乏區之該寬度改變該波導金屬接觸墊下方的有效波導寬度且產生對於經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入之載子之橫向擴散之電位障壁，及(e)該光束傳播方向與該複數個磊晶層同平面。
  2. 如請求項1之裝置，其中調諧各空乏區之該寬度局部改變該波導金屬接觸墊下方的載子分布。
  3. 如請求項2之裝置，其中改變該載子分布改變該經發射光所傳播穿過之該等磊晶層之該體積之折射率、光學模式輪廓或損耗之至少一者。
  4. 如請求項1之裝置，其中該電基板接觸件包括安置於該半導體基板之背側上之金屬層。
  5. 如請求項1之裝置，其中該電基板接觸件包括在該半導體基板之該前側處終止之金屬填充通孔。
  6. 如請求項1之裝置，其中該等肖特基接觸件之各者係高度電阻性。
  7. 如請求項6之裝置，其中各肖特基接觸件之電阻率係至少1 x 10 -3Ωcm 2。
  8. 如請求項1之裝置，其中該固態增益介質包括安置於該波導金屬接觸墊下方的脊。
  9. 如請求項1之裝置，其中該基板及該增益介質各包括III至V族半導體材料。
  10. 如請求項9之裝置，其中該III至V族半導體材料包括Al、Ga、In、As、Sb、P、N、Bi或其等之合金組合之至少一者。
  11. 如請求項1之裝置，其中該抗反射塗層具有小於1 x 10 -2之功率反射率。
  12. 如請求項1之裝置，其中該抗反射塗層包括介電材料或半導體材料之至少一者。
  13. 如請求項12之裝置，其中該介電材料包括SiO 2或Al 2O 3之至少一者。
  14. 如請求項12之裝置，其中該半導體材料包括Si或ZnSe之至少一者。
  15. 一種固態光學裝置，其包括： (i)半導體基板； (ii)固態增益介質，其安置於該半導體基板之前側上且包括複數個磊晶層，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有光束傳播方向之光； (iii)波導低電阻率金屬接觸墊，其安置於該複數個磊晶層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導低電阻率金屬接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播； (iv)第一及第二金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件，其等分別包括安置於該波導低電阻率金屬接觸墊附近的第一及第二金屬接觸墊，該等第一及第二金屬墊之各者安置於絕緣體層上方，該絕緣體層與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸； (v)電基板接觸件，其與該半導體基板接觸； (vi)輸出鏡，其由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定；及 (vii)抗反射塗層，其安置於該輸出鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光， 其中(a)將偏壓施加至該等第一及第二金屬接觸墊產生在該等第一及第二金屬接觸墊之各者正下方的該等磊晶層中，自該等第一及第二金屬接觸墊延伸至該主動區的空乏區，(b)施加正向偏壓至該波導低電阻率金屬接觸墊及施加個別偏壓至該等第一及第二金屬接觸墊修改該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中之該等空乏區且經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入該等載子，(c)可藉由變動至該等第一及第二金屬接觸墊之該偏壓而調諧各空乏區之寬度，(d)調諧各空乏區之該寬度改變該波導金屬接觸墊下方的有效波導寬度且產生對於經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入之載子之橫向擴散之電位障壁，及(e)該光束傳播方向與該複數個磊晶層同平面。
  16. 如請求項15之裝置，其中該絕緣體層包括氧化物或氮化物之至少一者。
  17. 如請求項15之裝置，其中調諧各空乏區之該寬度局部改變該波導金屬接觸墊下方的載子分布。
  18. 如請求項17之裝置，其中改變該載子分布改變該經發射光所傳播穿過之該等磊晶層之該體積之折射率、光學模式輪廓或損耗之至少一者。
  19. 如請求項15之裝置，其中該電基板接觸件包括安置於該半導體基板之背側上之金屬層。
  20. 如請求項15之裝置，其中該電基板接觸件包括在該半導體基板之該前側處終止之金屬填充通孔。
  21. 如請求項15之裝置，其中該等MIS接觸件之各者係絕緣的。
  22. 如請求項15之裝置，其中該固態增益介質包括安置於該波導金屬接觸墊下方的脊。
  23. 如請求項15之裝置，其中該基板及該增益介質各包括III至V族半導體材料。
  24. 如請求項15之裝置，其中該III至V族半導體材料包括Al、Ga、In、As、Sb、P、N、Bi或其等之合金組合之至少一者。
  25. 如請求項15之裝置，其中該抗反射塗層具有小於1 x 10 -2之反射率。
  26. 如請求項15之裝置，其中該抗反射塗層包括介電質或半導體材料之至少一者。
  27. 如請求項26之裝置，其中該介電材料包括SiO 2或Al 2O 3之至少一者。
  28. 如請求項26之裝置，其中該半導體材料包括Si或ZnSe之至少一者。
  29. 一種固態光學裝置，其包括： (i)半導體基板； (ii)固態增益介質，其安置於該半導體基板上且包括複數個磊晶層，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有與該等磊晶層同平面之光束傳播方向之光； (iii)波導金屬接觸墊，其安置於該複數個磊晶層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導金屬接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播； (iv)光學上有損耗結構，其安置於該波導金屬接觸墊附近； (v)電基板接觸件，其與該半導體基板接觸； (vi)輸出鏡，其由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定；及 (vii)抗反射塗層，其安置於該輸出鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光， 其中該光學上有損耗結構產生對安置於其下方的該等磊晶層之部分中之光學模式之損耗，藉此減少平面內增益且限制自安置於該波導金屬接觸墊下方的磊晶層之該體積橫向擴散之載子之增益之參與。
  30. 如請求項29之固態光學裝置，其進一步包括： 複數個金屬接觸墊，其等安置於其中載子流動且光學光束傳播之該體積附近，經組態以產生受控、可調式高電阻率接觸件及安置於該等接觸墊下方的該複數個磊晶層之區中之空乏區，且藉此局部改變折射率、載子分布、光學模式輪廓或損耗之至少一者。
  31. 如請求項29之固態光學裝置，其中該光學上有損耗結構包括經摻雜非金屬結構、金屬結構、有意粗糙表面或金屬-絕緣體-半導體結構之至少一者。
  32. 一種控制藉由固態光學裝置發射之光束之像散之方法，該方法包括： 提供該固態光學裝置，該固態光學裝置包括： (i)半導體基板； (ii)固態增益介質，其安置於該半導體基板之前側上且包括複數個磊晶層，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有與該等磊晶層同平面之光束傳播方向之該光束； (iii)波導低電阻率金屬接觸墊，其安置於該複數個磊晶層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導電接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播； (iv)第一及第二肖特基接觸件，其等分別包括接近該波導低電阻率金屬接觸墊安置之第一及第二金屬接觸墊，該等第一及第二金屬接觸墊之各者與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸； (v)至該半導體基板之電接觸件； (vi)輸出鏡，其由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定；及 (vii)抗反射塗層，其安置於該鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光， 其中空乏區安置於該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中，自該等第一及第二金屬接觸墊延伸；且 將偏壓施加至該等第一及第二金屬接觸墊之各者以調諧該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中之該等空乏區，藉此彎曲該等磊晶層中之能帶以產生對於自該波導金屬接觸墊下方的橫向載子向外擴散之可調式電位障壁。
  33. 如請求項32之方法，其進一步包括： 藉由變動該偏壓而調諧各空乏區之寬度， 其中調諧各空乏區之該寬度改變該波導金屬接觸墊下方的有效波導寬度。
  34. 如請求項32之方法，其中施加至該波導低電阻率金屬接觸墊以及第一及第二金屬接觸墊之該偏壓之各者之極性係相同的。
  35. 如請求項32之方法，其中施加至該波導低電阻率金屬接觸墊之該偏壓之極性不同於施加至該等第一及第二金屬接觸墊之該偏壓之極性。
  36. 一種控制藉由固態光學裝置發射之光束之像散之方法，該方法包括： 提供該固態光學裝置，其包括： (i)半導體基板； (ii)固態增益介質，其安置於該半導體基板之前側上且包括複數個磊晶層，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有與該等磊晶層同平面之光束傳播方向之該光束； (iii)波導低電阻率金屬接觸墊，其安置於該複數個磊晶層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導電接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播； (iv)第一及第二金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件，其等分別包括安置於該波導低電阻率金屬接觸墊附近的第一及第二金屬墊，該等第一及第二金屬墊之各者安置於絕緣體層上方，該絕緣體層與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸； (v)電基板接觸件，其與該半導體基板接觸； (vi)輸出鏡，其由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定；及 (vii)抗反射塗層，其安置於該輸出鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光， 該方法包括以下步驟： 將偏壓施加至該等第一及第二金屬接觸墊之各者以產生在該等第一及第二金屬接觸墊之各者正下方的該等磊晶層中且自該等第一及第二金屬接觸墊延伸至該主動區的空乏區； 藉由變動該偏壓而調諧該等空乏區，藉此彎曲該等磊晶層中之能帶以產生對於自該波導金屬接觸墊下方的橫向載子向外擴散之可調式電位障壁。
  37. 如請求項36之方法，其進一步包括： 藉由變動該偏壓而調諧各空乏區之寬度， 其中調諧各空乏區之該寬度改變該波導金屬接觸墊下方的有效波導寬度。
  38. 如請求項37之方法，其中施加至該波導低電阻率金屬接觸墊以及第一及第二金屬接觸墊之該偏壓之各者之極性係相同的。
  39. 如請求項37之方法，其中施加至該波導低電阻率金屬接觸墊之該偏壓之極性不同於施加至該等第一及第二金屬接觸墊之該偏壓之極性。
  40. 一種用於控制藉由固態光學裝置發射之光束之像散之方法，該方法包括： 提供該固態光學裝置，該固態光學裝置包括： (i)固態增益介質，其包括複數個磊晶層，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有與該等磊晶層同平面之光束傳播方向之該光束； (ii)波導低電阻率金屬接觸墊，其安置於該複數個磊晶層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導電接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播； (iii)第一及第二肖特基接觸件，其等分別包括接近該波導低電阻率金屬接觸墊安置之第一及第二金屬接觸墊，該等第一及第二金屬接觸墊之各者與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸； (iv)電接觸件，其與包括與該波導低電阻率金屬接觸墊下方的該最頂部磊晶層之導電類型相反的導電類型之該複數個磊晶層之一者接觸，且定位於該主動區的遠離在該波導低電阻率金屬接觸墊正下方的該最頂部磊晶層之側上； (v)輸出鏡，其由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定；及 (vi)抗反射塗層，其安置於該鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光， 其中空乏區安置於該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中，自該等第一及第二金屬接觸墊延伸；且 將偏壓施加至該等第一及第二金屬接觸墊之各者以調諧該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中之該等空乏區，藉此彎曲該等磊晶層中之能帶以產生對於自該波導金屬接觸墊下方的橫向載子向外擴散之可調式電位障壁。
  41. 一種固態光學裝置，其包括： (i)固態增益介質，其包括複數個磊晶層，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有光束傳播方向之光； (ii)波導低電阻率金屬接觸墊，其安置於該複數個磊晶層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導金屬接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播； (iii)第一及第二肖特基接觸件，其等分別包括安置於該波導金屬接觸墊附近的第一及第二金屬接觸墊，該等第一及第二金屬接觸墊之各者與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸； (iv)電接觸件，其與包括與波導低電阻率金屬接觸墊下方的該最頂部磊晶層之導電類型相反的導電類型之該複數個磊晶層之一者接觸，且定位於該主動區的遠離在波導低電阻率金屬接觸墊正下方的該最頂部磊晶層之側上； (v)至少一個輸出鏡，其由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定；及 (vi)抗反射塗層，其安置於該至少一個輸出鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光， 其中(a)空乏區安置於該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中，自該等第一及第二金屬接觸墊延伸至該主動區，(b)施加正向偏壓至該波導低電阻率金屬接觸墊及施加個別偏壓至該等第一及第二金屬接觸墊修改該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中之該等空乏區且經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入該等載子，(c)可藉由變動至該等第一及第二金屬接觸墊之該偏壓而調諧各空乏區之寬度，(d)調諧各空乏區之該寬度改變該波導金屬接觸墊下方的有效波導寬度且產生對於經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入之載子之橫向擴散之電位障壁，及(e)該光束傳播方向與該複數個磊晶層同平面。
  42. 一種固態光學裝置，其包括： (i)固態增益介質，其包括複數個磊晶層，該複數個磊晶層包含(a)複數個摻雜劑及(b)主動區，該主動區包括經組態以容許載子重組及光產生之至少一個主動層，該固態增益介質經組態以發射具有光束傳播方向之光； (ii)波導低電阻率金屬接觸墊，其安置於該複數個磊晶層之最頂部磊晶層之部分上方且與該部分接觸，其中在操作期間，載子流及該經發射光在安置於該波導低電阻率金屬接觸墊下方的該等磊晶層之體積中傳播； (iii)第一及第二金屬-絕緣體-半導體(MIS)接觸件，其等分別包括安置於該波導低電阻率金屬接觸墊附近的第一及第二金屬接觸墊，該等第一及第二金屬墊之各者安置於絕緣體層上方，該絕緣體層與安置於其正下方的該複數個磊晶層之頂部磊晶層之各別部分接觸； (iv)電接觸件，其與包括與該波導低電阻率接觸墊下方的該最頂部磊晶層之導電類型相反的導電類型之該複數個磊晶層之一者接觸，且定位於該主動區的遠離在該波導低電阻率金屬接觸墊正下方的該最頂部磊晶層之側上； (v)輸出鏡，其由該複數個磊晶層之經分裂邊緣界定；及 (vi)抗反射塗層，其安置於該輸出鏡上，該抗反射塗層經組態以防止自雷射發光， 其中(a)將偏壓施加至該等第一及第二金屬接觸墊產生在該等第一及第二金屬接觸墊之各者正下方的該等磊晶層中，自該等第一及第二金屬接觸墊延伸至該主動區的空乏區，(b)施加正向偏壓至該波導低電阻率金屬接觸墊及施加個別偏壓至該等第一及第二金屬接觸墊修改該等第一及第二金屬接觸墊之各者下方的該等磊晶層中之該等空乏區且經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入該等載子，(c)可藉由變動至該等第一及第二金屬接觸墊之該偏壓而調諧各空乏區之寬度，(d)調諧各空乏區之該寬度改變該波導金屬接觸墊下方的有效波導寬度且產生對於經由該波導低電阻率金屬接觸墊注入之載子之橫向擴散之電位障壁，及(e)該光束傳播方向與該複數個磊晶層同平面。
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