TWI712153B - 光發射器 - Google Patents

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TWI712153B TW104106442A TW104106442A TWI712153B TW I712153 B TWI712153 B TW I712153B TW 104106442 A TW104106442 A TW 104106442A TW 104106442 A TW104106442 A TW 104106442A TW I712153 B TWI712153 B TW I712153B
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Abstract

一種光發射器包含一沿著一第一方向延伸之干涉區，在干涉區兩相對端形成之兩個反射區及電性耦合到干涉區之三個電極，其中經由改變此三個電極之間的相對電場，可以調變在干涉區內之載子量及其產生之光子量。在干涉區內產生之光子可藉此被調變且沿著第一方向共振。該共振光可沿著一第二方向出射，且此第二方向不同於第一方向。

Description

光發射器
本發明係有關於使用一光發射器。
光線於一光積體電路內傳導，且此光線經由在此光積體電路上之一光柵達成一行進角度變換而耦合至一外部媒介。此光積體電路因此可免除傳統的晶片切割及拋光而在晶圓上做測試，因而降低其封裝或測試的成本。
此外，傳統光發射器（如雷射二極體）之高速調變方式大多係使用外部調變器，所以對於封裝及調變速度而言，仍有改進之處。
本發明之目的為提供一種可提升調變速度之光發射器。
為達成本發明上述目的，本發明提供一種光發射器，包含：一干涉區，形成於一第一反射區及一第二反射區之間且沿著一第一方向延伸；一第一電極及一第二電極電性耦合至該干涉區且在施加電場之後可將載子注入干涉區，以使干涉區產生光線；一第三電極電性耦合至該干涉區，經由在該第一及第三電極間、或在第二及第三電極間、或上述組合施加電場，即可調變在干涉區的載子濃度；其中在該干涉區產生之光線沿著該第一方向共振且由一第二方向射出該干涉區，該第二方向不同於該第一方向。
在本發明光發射器之部份實施例中，更包含：一光柵區耦合至該干涉區且可將光線由該第二方向導離該干涉區。
在本發明光發射器之部份實施例中，該第二方向大致垂直該第一方向。
在本發明光發射器之部份實施例中，該干涉區包含至少兩種不同三五族半導體材料，且該第一電極與該第三電極係實體接觸該干涉區之不同材料。
在本發明光發射器之部份實施例中，更包含一介電層形成於該第三電極及該干涉區之間，該第三電極係經由一電容效應以調變在該干涉區結合的載子量。
在本發明光發射器之部份實施例中，該第一反射區或該第二反射區包含一全反射角鏡面，一分佈式布拉格反射鏡(DBR)，一色散鏡面，一波導迴圈反射鏡，或一金屬鏡面。
在本發明光發射器之部份實施例中，該第一電極、該第二電極或該第三電極包含一導電層及一半導體摻雜區。
在本發明光發射器之部份實施例中，該第三電極係依序施加至少兩種不同電壓位準。
在本發明光發射器之部份實施例中，該光柵區之光柵週期大致匹配該干涉區內光線之一干涉週期。
在本發明光發射器之部份實施例中，該光柵具有光柵谷或是光柵峰，且該光柵之晶格向量可使該干涉區之同相位反節點之位置和光柵谷及／或光柵峰之位置大致上匹配。
在本發明光發射器之部份實施例中，該干涉區之等效折射率係低於該光柵區之等效折射率。
在本發明光發射器之部份實施例中，該第三電極與該干涉區之一部份接觸，且該接觸部份不與光柵區重疊。
在本發明光發射器之部份實施例中，其中由該光柵區所發射的光可至少穿透過部分之第三電極。
為達成本發明上述目的，本發明提供一種形成光發射器之方法，包含：形成一干涉區及一光源區，其中該光源區至少一部份崁入該干涉區；在該干涉區之兩相對端形成一第一反射區及一第二反射區；形成至少三個電極，電性耦合至該光源區，藉由改變該三個電極之間的相對電場，可控制在該光源區內的載子濃度；其中由載子結合產生之光線在該干涉區內沿著一第一方向共振，且由一第二方向射出該干涉區，其中該第二方向不同於該第一方向。
在本發明光發射器形成方法之部份實施例中，更包含在該干涉區形成一光柵區，該光柵區在該第一反射區及該第二反射區之間。
本發明之光發射器可達成下列功效：光線可沿著和光積體電路內部行進方向大體垂直的方向耦合進入或是離開此光積體電路，藉此降低封裝成本及複雜度。干涉區或是光柵可藉由電場、磁場或是機械性移動而主動調整，藉此控制在干涉區產生光量及耦合光量。再者，干涉區係耦合到一可產生寬頻譜光線之主動區且選擇一窄頻譜光線。在一些實施方式中，可使用三個電性終端，其中兩個電性終端主要係將載子注入，而另一電性終端則主要調變注入載子在干涉區之位置及濃度。
本發明上述及其他實現方式可配合附圖對其詳細說明。本發明其餘特點及功效可由說明書、圖示及專利範圍而更易為人了解。
[0001] 圖1A為本發明一實施例之光積體電路示意圖，其包含一以光柵為基礎之光耦合器，以使光線可耦合進出此光積體電路100。具有大致上垂直出射之光耦合器可有利於做表面射出／接收光電元件之界面，且可減少因為非垂直架構的封裝成本及複雜度。[0002] 此光積體電路100包含一或多個製作於一基板(substrate)116上之光學元件。該些光學元件包含一波導區102，一第一反射區106、一干涉區110、一第二反射區114及一光柵區120。此基板116可為任何適於製作光積體電路之基板。例如，此基板116可為矽晶圓、絕緣層覆矽(SOI)晶圓、如砷化鎵(GaAs)或是磷化銦(InP)之類的III-V半導體晶圓或是玻璃晶圓。再者，此基板116也可為在積體電路上所覆蓋之一層主動或是被動材料。例如，此基板可為在另一光積體電路上所覆蓋之一層主動或是被動材料。[0003] 此波導區102之架構可使光線侷限於一或多個維度，以導引光線行進於一特定方向。依據一些實施方式，此波導區102可侷限光線於一個維度。例如此波導102可為將光線侷限於z方向之平板波導(slab waveguide)。依據一些實施方式，此波導區102可侷限光線於兩個維度。例如此波導區102可為脊形波導(rib waveguide)或是通道波導（可將光線侷限於y及z方向），以使光線可沿著x方向(如箭頭122所示)行進。所謂“沿著x方向“可指雙向（±x方向）或是單向（+x或是-x方向）。再者，若光線在一多模光纖內沿著x方向行進，雖然部份光線係在光纖內沿著鋸齒方向行進，但是光線之總體方向仍可視作沿著x方向。[0004] 大體而言，第一反射區106及第二反射區114係用以反射入射光。例如在波導區102之光線入射到一界面104，部份光線反射回波導區102，而部份光線會射入此第一反射區106。類似地，在第一反射區106之光線入射到一界面108，部份光線反射回第一反射區106，而部份光線會射入干涉區110。類似地，在干涉區110之光線入射到一界面112，部份光線反射回干涉區110，而部份光線會射入一第二反射區114。依據一些實施方式，一反射區（亦可稱為反射器）可為兩個具有不同折射率介質之間的界面。[0005] 依據不同設計，被反射器所反射之光線比例可由0到百分之百。依據一些實施方式，此第一反射區106及第二反射區114可為高反射性；例如此第二反射區114鍍上如鋁之類的金屬以達成高反射率。依據另一實例，光線可以超出臨界角方式入射到第二反射區114，以使光線以全反射方式反射。依據另一實例，此第二反射區114可為布拉格(Bragg)反射器以在一特定波長範圍提供高反射率。依據另一實例，此第一反射區106可包含一或多個使波導區102及干涉區110分開之縫隙。依據另一實例，此第一反射區106可為分佈式布拉格反射鏡(Distributed Bragg reflector/DBR)結構。依據另一實例，此第一反射區106可為異常色散(anomalous dispersive mirror)鏡面，此鏡面沿著x方向有多個高／低折射率層狀結構，以補償干涉區之波長相關光相位及達成較寬之操作頻寬。[0006] 依據一些實例，此第一反射區106及第二反射區114可為部份透射及部份反射；例如此第一反射區106之架構可達成：(i)將一部份入射光反射；及(ii)將另一部份之入射光透射。部份反射(partially reflective)之反射器可藉由在對應之反射區上沈積介電材料（此介電材料之折射率小於波導區102材質之折射率）而實現。依據Fresnel方程式即可計算反射及透射光之百分比。[0007] 大體而言，干涉區110係作為在波導區102及第二反射區114之間形成且具有腔體長度LCavity 之腔體。依據一些實例，第一反射區106可形成於波導區102及干涉區110之間，其中腔體長度LCavity 即為第一反射區106及第二反射區114之間長度。依據一些實例，此波導區102之等效折射率(effective refractive index)可與干涉區110之等效折射率大致上相同。例如波導區102及干涉區110可製作於矽中且具有在y-z截面相同之波導尺寸。在此情況下，此波導區102之等效折射率就與干涉區110之等效折射率相同。依據另一實例，例如波導區102及干涉區110可製作於矽中且具有在y-z截面不同之波導尺寸。在此情況下，此波導區102之等效折射率就與干涉區110之等效折射率不盡相同，然而只要折射率差異所造成之效能劣化（如光損失）係在目標用途所能接受之容許範圍內，此波導區102之等效折射率仍可視為與干涉區110之等效折射率大致上相同(substantially equal)。[0008] 此干涉區110係用以結合由入射光及反射入射光所合成之一干涉光。例如在干涉區110中可有於第一反射區106及第二反射區114之間的駐波。為了在干涉區110形成干涉波，需選擇腔體長度LCavity 及光柵區120參數，以使入射光可到達第二反射區114及被第二反射區114所反射，而不會在由第一反射區106到第二反射區114之第一次傳遞(first pass)即完全衰減。在一些實施方式，可採用部份侷限，亦即干涉光部份會穿過第一反射區106而回到波導區102，且／或是一部份的干涉光會穿過第二反射區114。對於由入射光及反射入射光所合成之干涉光之敘述，將配合圖2而更詳細說明。[0009] 在一些實施方式，干涉區110之光學路徑長度可大於導光波長；在另一些實施方式，干涉區110之光學路徑長度可小於導光波長。例如對於由矽製作（折射率3.45）且長度為0.4µm 之干涉區110，此干涉區之光學路徑長度則為0.4µm × 3.45 = 1.38µm。若導光波長為1.55µm，則干涉區之光學路徑長度小於導光波長。在此狀況下，具有波長1.55µm之光線可藉由在干涉區110侷限光（部份侷限）的衰減光場(evanescent field)而耦合到光柵區120。[0010] 一般而言，具有光柵長度LGrating 之光柵區120係用以將光積體電路100之至少部份光耦合到外部媒介130，或是將外部媒介130之至少部份光耦合到光積體電路100。在某些實施方式中，光柵長度LGrating 可小於腔體長度 LCavity 。在某些實施方式中，光柵長度LGrating 可等於腔體長度 LCavity 。在某些實施方式中，光柵長度LGrating 可大於腔體長度 LCavity 。例如，此光柵區120可製作於干涉區110之上，但光柵區120之一部份延伸到波導區102，及／或延伸到第一反射區106，及／或延伸到第二反射區114。在本發明說明書中，若敘述光柵係在一區域上形成或是製作，則表示此光柵係形成於此區域之上，或是此光柵至少部份崁入此區域中。例如，此光柵可以藉由蝕刻其所覆蓋之區域而形成。[0011] 在一些實施方式中，此干涉區110及此光柵區120可有相同之材料成份。例如此光柵區120可由在干涉區110之表面直接蝕刻出光柵圖案而形成。在一些實施方式中，此干涉區110及此光柵區120可有不同之材料成份。例如，此光柵區120可由在矽干涉區110上沈積二氧化矽，隨即在二氧化矽表面上蝕刻出光柵圖案而製作氧化物光柵。依據另一實例，可在干涉區110表面沈積金屬並隨後進行蝕刻以形成金屬光柵，藉此製作光柵區120。依據另一實例，可在具有較低折射率之干涉區110表面上沈積高折射率材料以使光場可被吸引至光柵側，藉此製作光柵區120。此低折射率材料可為磷化銦，而高折射率材料可為矽。[0012] 一般而言，光柵區120可將光線由一第一方向導引（或是轉向）到一第二方向（與第一方向不同）。在一些實施方式中，光柵區120可將光線由一第一方向導引到一與第一方向垂直之第二方向。例如藉由使光柵區120之週期與干涉區120之駐波干涉週期大致上匹配，光柵區120可將原本在波導區102內沿著x方向（箭頭122所示方向）行進光線導向至一垂直方向，亦即z方向（箭頭123所示方向）。所謂“大致上匹配“，在本發明指因為不匹配所導致之效能劣化（如光損失）係在目標應用所接受之範圍內。一種可接受之範圍，例如可在一數量級(order of magnitude)之範圍內。在其他一些實施方式中，光柵區120可將光線由一第一方向導引到與第一方向不大致上垂直之一第二方向。所謂“大致上垂直“，在本發明指約90度角度（但是在目標應用可接受之誤差裕度內）。[0013] 外部媒介130係指任何可以傳遞、導引、偵測或是產生光線之媒介。例如，此外部媒介130可為一光纖。依據另一實例，此外部媒介130可為光偵測器；依據另一實例，此外部媒介130可為光源。在一些實施方式中，於光柵區120及外部媒介130間可形成一包層(cladding)124。此包層124可形成以保護光積體電路100，或是提供光柵區120及外部媒介130間之一特定間隔。在一些實施方式中，光柵區120所發出光線之模態剖面可與外部媒介130之模態剖面大致上匹配，此外部媒介130係用以接收來自光柵區之光線。例如，光柵區120所發出光線在xy維度之模態剖面可大致上匹配單模光纖在xy維度之模態剖面。[0014] 圖1B顯示可在光積體電路100中實現之一光耦合器101。此光耦合器101也可實現於本發明所敘述的其他光積體電路中，或是實現於未在本發明所敘述的其他光積體電路中。[0015] 此光耦合器101包含一干涉區110及一光柵區120。此光柵區120包含光柵谷118及光柵峰126，其整體構成具有光柵長度LGrating 之光柵。光柵谷118及光柵峰126之高度差異即為光柵高度。沿著光行進方向之光柵峰及光柵谷寬度總合即為光柵之週期，而沿著光行進方向之光柵峰寬度與光柵週期之比例即為光柵之工作週期(duty ratio)。藉由調整光柵高度、工作週期、光柵週期、光柵形狀、覆蓋光柵之包層或上述參數組合，即可決定由光柵區120發出／接收光線之指向性及遠場角度（far field angle）。例如，可調整光柵高度及其工作週期以使光線之指向性最佳化。再者，光柵週期及工作週期也可調整以使遠場角度最適於目標應用所需角度。[0016] 在一些實施方式中，光柵峰之高度可高於第一反射區106及／或第二反射區114之高度。例如可藉由研磨以使第一反射區106、干涉區110及第二反射區114平坦化，隨即以沈積方式在平坦化表面上形成一材料層，再對此材料層佈形及蝕刻即可形成光柵區120。[0017] 在一些其他實施方式中，光柵谷之高度可低於第一反射區106及／或第二反射區114之高度。圖1C顯示一光耦合器103之範例，其中光柵谷119低於第一反射區106及第二反射區114之高度。例如可藉由研磨以使第一反射區106、干涉區110及第二反射區114平坦化，隨即對干涉區110佈形及蝕刻即可形成光柵區120。此光耦合器103可用於光積體電路100中。此光耦合器103也可用於本發明其餘部份所述之光積體電路中，或是未在本發明所述之其他光積體電路中。[0018] 圖1D顯示光耦合器105之另一範例，其包含波導區102, 干涉區110、光柵區102、第二反射區114，但是不包含第一反射區106。在部份實施方式中，波導區102及干涉區110係以相同材料製成或是具有實質（大致上）相同之折射率，因而在波導區102及干涉區110之間的邊界130係以虛線表示。[0019] 在此不具有第一反射區106之光耦合器105中，光線於干涉區110中一次循環傳導後即會衰減至低於一臨界值。例如藉由入射到第二反射區114及由第二反射區114反射回之光線所產生的干涉，即可在干涉區110內產生駐波。如由第二反射區114反射回之光線於邊界130處（在波導區102及干涉區110之間）係衰減至臨界值之下，則駐波會在邊界130處幾乎消失。此臨界值例如可小於初始入射光功率的10%以下。藉由將光柵區120之光柵圖案與干涉區110之駐波波形大致上匹配，此光耦合器105可不需具有第一反射區106，即可將沿著第一方向行進的光線導向至第二方向（與第一方向不同向）。例如，此光耦合器105可將沿著第一方向行進的光線導向至與第一方向垂直之第二方向。在一些實施方式中，若在干涉區110中光線循環傳導後強度衰減至臨界值以下，即使沒有第一反射區106，此光耦合器仍能有效地將入射光線轉向。在一些實施方式中，為了在不引入第一反射區106條件下仍維持高效能，光柵區120須有足夠之循環傳導衰減。例如，光柵長度LGrating 需足夠長，以在光來回傳遞返回邊界130之前即提供足夠之循環傳導衰減。[0020] 圖2顯示光柵圖案207示意圖，其大致上匹配在干涉區內之駐波圖案205干涉週期。圖2所示內容可應用於本發明所描述之任何光耦合器中。一般而言，一次來回(round-trip)的相位變化是循環傳導(one-circulation)之相位變化加上由反射器產生之相位變化。為了簡化描述，由反射器產生之相位變化可假定為零，因此一次來回(round-trip)的相位變化是2mπ即等義於循環傳導(one-circulation)之相位變化是2mπ，其中m為任何整數。[0021] 在一些實施方式中，在波導行進之光線係在二維被侷限。如圖1A所示，在波導區102內行進之光線係在y及z方向被侷限。在光線抵達干涉區時，波導侷限性變差且光線在干涉區類似點波源(point wave)行進。例如，干涉區110可設計成對於z方向有較強之侷限，而在y方向有較弱之侷限。在點波源抵達反射器211時即會被反射，由干涉區內之正向波201及反向波203所形成之駐波205具有週期d1。[0022] 在一些實施方式中，光柵圖案207可設計成大致上匹配駐波圖案205。藉由大致上匹配駐波圖案205，具有光柵圖案207之光柵可作為光學天線且可有效將光線導引離開干涉區。每一光柵結構可以點波源方式將光線射出，所有由個別光柵結構射出之點波源波前會結合成一平面波前，此平面波前在垂直方向行進且具有低損失。例如，一個理論上匹配之條件為d2=2×d1。其中d2為其光柵區之週期，d1為期干涉波型反結點(antinodes)之間隔距離。[0023] 基於干涉區及光柵結構之材料品質及實體尺寸，來回傳導之衰減係數a可被計算，也可計算在干涉區內共振條件對應相位偏移(phase shift)。例如干涉區之材質可具有對於導光特定之吸收參數，此吸收參數會計入循環傳導之衰減係數。依據另一實例，光線在光柵區行進時亦會射出，此部份也會計入循環傳導之衰減係數。一般而言，在干涉區內循環傳導之行進後（亦即由邊界213至反射器211之正向行進及由反射器至邊界213之反向行進），光線之衰減係基於一循環衰減係數。在本發明中，”循環傳導之衰減係數a”係指在單一循環傳導後剩餘光功率對初始光功率之比例。[0024] 在一些實施方式中，為了降低反射損失，可在圖2之邊界213提供一反射區（例如可為第一反射區106），其中在邊界213反射區之反射率大致上匹配循環傳導之衰減係數a。本說明書中的反射率及衰減係數系，係同時為兩部分之光之功率的比值。藉由將邊界213反射區之反射率大致上匹配循環傳導之衰減係數a，由邊界213反射回入射光源（在邊界213左側）之光線（在邊界左側）和由邊界213右側透射穿過且射向入射光源（在邊界213左側）之光線會因破壞性干涉而彼此抵消；亦即幾乎所有入射光之能量(由邊界213左側射入)都會耦合進入邊界213及反射器211之間的區域。在一些實施方式中，來回傳導之衰減係數a可接近零。在此情況下，在邊界213之對應反射率r可設定為零，此狀況對應圖1D之範例，其中光耦合器105並不包含第一反射區106。在一些實施方式中，在在邊界213之對應反射率r可設定為等於反射器211之反射率（亦即接近1），以在x方向形成高侷限性之腔體，其中光線可以沿著其他方向（如z方向）進入或是離開腔體。[0025] 在一些實施方式中，可能會有影響效能之非理想因素。例如，在干涉區對於光柵區進行蝕刻可能會影響等效折射率。依據另一實例，蝕刻過程可能無法產生由光柵峰到光柵谷的直線。雖然理論上之匹配條件為d2=2d1，在實際製作時，實際之匹配條件可能仍與理論值有些許偏差。此種偏差雖會影響效能，但不至於影響光耦合器功能。若所得效能係能滿足目標應用所需，則和理論值有合理偏差之實現方式皆在本發明專利範圍內。對於製作光耦合器、測試光耦合器及重新設計光耦合器等步驟亦可進行遞迴處理改進上述偏差。[0026] 圖3A顯示沿著x,y方向之光柵圖案331上視圖。對於圖3A之敘述可應用於本發明任一光耦合器中。光柵圖案331包含沿著x方向之一維光柵結構陣列301a-n及303a-n，其中n是任何大於1之整數。在一些實施方式中，光柵結構301a-n及303a-n可由不同材料構成。例如光柵結構301a-n可由矽構成，而光柵結構303a-n可由磷化銦構成。依據另一實例，光柵結構303a-n可包含一層金屬，該層金屬形成表面電漿效應以使光線可由外部媒介耦合到此干涉區。結構301a, 303a, 301b, 303b, . . ., 301n, 及 303n之配置形成在光柵區域之光柵。[0027] 圖3B顯示沿著x,y方向之光柵圖案332上視圖。對於圖3B之敘述可應用於本發明任一光耦合器中。光柵圖案332包含沿著x方向之一維光柵結構陣列305a-n，其中n是任何大於1之整數。在一些實施方式中，此光柵結構305a-n可為一光柵之光柵峰。在其他一些實施方式中，此光柵結構305a-n可為一光柵之光柵谷。結構305a, 305b, . . ., 及 305n之配置形成在光柵區域之光柵。[0028] 圖3C顯示沿著x,y方向之光柵圖案333上視圖。對於圖3C之敘述可應用於本發明任一光耦合器中。光柵圖案333包含沿著x方向之二維方形光柵結構陣列307a-n，及沿著y方向之二維方形光柵結構陣列307a-k。在一些實施方式中，方形光柵結構307a可為一光柵之光柵峰。在其他一些實施方式中，方形光柵結構307a可為一光柵之光柵谷。在一些實施方式中，方形光柵結構307a之材質可與層308相同，例如為矽。在一些實施方式中，方形光柵結構307a之材質可與層308不同。例如，方形光柵結構307a之材質可為矽，而層308之材質可為磷化銦。在一些實施方式中，方形光柵結構307a可為方形、非方形，或是其組合。在x,y平面上之方形光柵結構307a-n、307a-k配置可形成一光柵區之光柵。在一些實施方式中，沿著x方向321及沿著y方向322之光柵週期結構可大致上匹配於在x, y方向的層308之干涉波形。[0029] 圖3D顯示沿著x,y方向之光柵圖案334上視圖。對於圖3D之敘述可應用於本發明任一光耦合器中。光柵圖案334包含二維任意形狀之光柵結構陣列309a至309n，其中n是任何大於1之整數。在一些實施方式中，此任意形狀之光柵結構309a可為一光柵之光柵峰。在其他一些實施方式中，此任意形狀之光柵結構309a可為一光柵之光柵谷。在一些實施方式中，此任意形狀之光柵結構309a之材質可與層310不同。例如任意形狀之光柵結構309a之材質為二氧化矽，而層310材質為矽。在一些實施方式中，此任意形狀之光柵結構309a之形狀可為三角形、橢圓形或其組合。在x,y平面上之任意形狀之光柵結構309a-n配置可形成一光柵區之光柵。[0030] 圖3E顯示沿著x,y方向之光柵圖案335上視圖。對於圖3E之敘述可應用於本發明任一光耦合器中。光柵圖案335包含二維任意形狀之光柵結構陣列313a至313n，其中n是任何大於1之整數。在一些實施方式中，此任意形狀之光柵結構313a至313n之任一形狀可由數值分析決定。例如，可使用時域有限差分分析程式設計光柵結構313a至313n之任一形狀，以使耦合效率最佳化。在一些實施方式中，此任意形狀之光柵結構313a至313n之任兩個光柵間距離可由數值分析決定。例如，可使用時域有限差分分析程式以設計光柵結構313a至313n之任兩個光柵間距離，以使耦合效率最佳化。在x,y平面上之任意形狀之光柵結構313a至313n配置可形成一光柵區之光柵。[0031] 在一些實施方式中，顯示於圖3C, 3D, 3E之二維光柵可以藉由設計晶格向量（界定單位晶格尺寸及形狀），以使干涉區之同相位反節點之位置和光柵谷及／或光柵峰之位置大致上匹配。[0032] 圖4A顯示一光積體電路400示意圖，其具有在一光源上形成以以光柵為基礎之光耦合器。此光積體電路400包含用以產生入射光之一光源區430。在一些實施方式中，此光源區430可產生同調光。在一些實施方式中，此光源區430可產生非同調光。例如一三五族(III-V)材料之量子井（或是量子點）雷射二極體可具有一或多層主動材料，以在被電載子激發時產生非同調光。在一些實施方式中，非同調光可由自發輻射耦合到干涉區410。在一些實施方式中，此光源區430產生之光可在非耦合到干涉區410之表面之其他表面被侷限。[0033] 此光耦合器包含一第一反射區406、一第二反射區414、一干涉區410及一光柵區420。此第一反射區406、第二反射區414、干涉區410及光柵區420之結構可由任何在本發明說明書所描述之對應結構實現，例如在圖1A-3E所對應之結構。在一些實施方式中，此干涉區410及光柵區420係由矽或是三五族半導體材料構成，光源區係由三五族半導體材料構成，而第一反射區406及第二反射區414則由布拉格(Bragg)結構或是金屬覆層(metal coating)構成。[0034] 第一反射區406及第二反射區414係用以將入射光沿著相反之行進方向反射，如箭頭434所示。干涉區410形成於第一反射區406及第二反射區414之間且耦合至光源區430。干涉區410係可(i)將由光源區430所產生光線導引至沿著一第一方向行進（亦即圖4A之x方向），及(ii)侷限由第一反射區406及第二反射區414之間反射光所形成之干涉光。[0035] 在光源區430所產生光線一部份會經由自發輻射或是其他合宜耦合機制而耦合至干涉區410。耦合到干涉區410之光線可沿著x方向（箭頭434所示方向）共振。類似如圖1A之操作，第一反射區406及第二反射區414提供反射面以形成在干涉區410之腔體，其中形成一駐波波形。由於干涉區410有固定之長度LCavity ，此駐波波形僅能在特定波長形成，因此干涉區410可作為波長濾波器。在一些實施方式中，由光源區430產生之非同調光可在干涉區410中轉成同調光，此因在干涉區410中不能產生共振的波長部份會被濾除。[0036] 光柵區420包含一光柵418，此光柵418形成可侷限部份干涉光之一區域上。此光柵418可在z方向（大致垂直x方向）上射出一部份光。在一些實施方式，此光柵418可在光柵區420內並被設計及製作以大致上匹配在干涉區410之駐波波形。藉由匹配此駐波波形，此光柵418可作為光學天線且為將光線導出干涉區410之最有效方式。每一光柵結構可作為發光之點波源，由個別光柵結構所發出之所有點波源波前結合起來即可形成於z方向行進且低損失之平面波波前。[0037] 圖4B顯示一光積體電路401示意圖，其具有在一以光柵為基礎之光耦合器，且一光源區431崁入干涉區411以耦合到干涉區411。光源區430包含主動材料層，如砷化鎵(GaAs)及砷化鋁鎵(GaAlAs)之互疊層，或是磷砷化鎵銦(InGaAsP)及磷化銦(InP)之互疊層，任何其他主動材料層之組合（可形成量子點、量子井結構），只要可產生非同調或是同調光，皆在本發明專利範圍內。[0038] 干涉區411係形成於第一反射區416及第二反射區424之間。此第一反射區416及第二反射區424可由在端面覆蓋之金屬層或是介電質層形成，或是由分佈式布拉格反射鏡(DBR)結構形成。[0039] 圖4A之架構中，光線係由干涉區410外產生，而圖4B之架構中，光線係由干涉區411內產生。干涉區411內產生之光在第一反射區416及第二反射區42之間沿著x方向共振以產生同調光及形成一駐波波形。光柵區421可被設計成大致上匹配駐波波形，其中同調光沿著z方向且經由光柵區421而射出光積體電路401外。在一些實施方式中，此基板440可做支撐層。在一些實施方式中，此基板440可包含分佈式布拉格反射鏡(DBR)結構以更進一步降低沿著-z方向行進之光線。[0040] 圖4C顯示一光積體電路403示意圖，其具有在一以光柵為基礎且與光源整合之之光耦合器，其中干涉光係可由pn接面控制。此光積體電路403包含一光源區441、一p摻雜區442、一干涉區443、一n摻雜區444、一光柵區445、一第一反射區446及一第二反射區448。此光源區441、p摻雜區442、干涉區443、n摻雜區444、光柵區445、第一反射區446及第二反射區448之結構可由任何在本發明說明書所描述之對應結構實現，例如在圖1A-3E所對應之結構。[0041] 類似於圖4A，非同調光係由光源區441產生，其中一部份光線會耦合到干涉區443。耦合進來之光會在干涉區443之中沿著x方向在第一反射區446及第二反射區448之間共振，以形成一駐波波形及產生同調光。在光柵區445之一光柵可設計以大致上匹配駐波波形，且依據光柵之設計，同調光可在+z或是-z方向經由光柵而離開光積體電路403。[0042] 在一些實施方式中，經由施加電壓或是電流跨過此p摻雜區442及n摻雜區444，即可提供一電場於此干涉區443中。在施加電壓或是電流跨過此p摻雜區442及n摻雜區444後，由於自由載子之產生，重結合、注入或是空乏，使得此干涉區443可有不同之干涉波型。若因為折射率之改變而使得干涉波型發生變化，則此干涉區443可能會停止發出雷射或是發出不同波長之雷射。因此在p摻雜區442及n摻雜區444之間施加電壓或是電流，即可達成可調波長雷射光源或是對同調光之調變。[0043] 圖4D顯示一光積體電路405示意圖，其具有一光源區經由一波導區而耦接至一干涉區，其中一以光柵為基礎之光耦合器可將光射出。此光積體電路405包含一光源區450、一波導區451、一第一反射區452、一第二反射區453、一干涉區454及一光柵區455。此光源區450、波導區451、第一反射區452、第二反射區453、干涉區454及光柵區455之結構可由任何在本發明說明書所描述之對應結構實現，例如在圖1A-3E所對應之結構。[0044] 在此實施例中光源區450產生一非同調光，且一部份光線會耦合至波導區451。例如光源區450可為結合到矽波導之砷化銦鎵(InGaAs)量子井結構，而量子井（或是量子點）產生之光則耦合到矽波導。耦合到波導之光會在干涉區454內及在第一反射區452及第二反射區453之間共振以產生同調光及形成駐波波形。  此波導中的第一反射區452及第二反射區453可設計成僅供單模光線行進，藉此濾除在干涉區454之較高模態光線。在光柵區455之光柵係設計成大致上匹配駐波波形，且同調光在射離此光積體電路405時係沿著與光在光源區450共振方向大致垂直之一方向。在一些實施方式中，干涉區可使用寬度漸變區(taper region)以橋接較寬之光柵區及較窄之波導區。較窄之波導區可用以抑制較高模態光線，較寬之光柵區可用以匹配具有不同波束形狀、區域及數值孔徑之外部耦合裝置。此處對於寬度漸變區之說明亦可應用於本發明其餘部份說明之光耦合器。[0045] 圖4E顯示一光積體電路407示意圖，其具有一光源區耦合至一以光柵為基礎之光耦合器。此光積體電路407包含一光源區462、一第一反射區478、一第二反射區476、一干涉區472、一邊界474及一光柵區466。此光源區462、第一反射區478、第二反射區476、干涉區472、邊界474及光柵區466之結構可由任何在本發明說明書所描述之對應結構實現，例如在圖1A-3E所對應之結構。[0046] 此實例中，由光源區462產生之非同調光會經由自發輻射或是其他合宜之機制而耦合至干涉區472。耦合之非同調光會被反射區476及478反射且沿著x方向共振。依據光柵區466之設計，在到達雷射臨界條件之同調光會由+z或是-z方向射出。在一些實施方式中，可設計此光柵區466以使大部分光線會由-z方向射出而不會耦合回到光源區462。[0047] 在一些實施方式中，反射區478可為部份反射之反射器且反射率小於反射區476之反射率。在光源區462產生之非同調光可經由自發輻射而耦合至干涉區472，且沿著方向470共振。在到達雷射臨界條件後，同調光可經由邊界474向-x方向行進到部份反射之反射區478，然後進入一波導；且同調光仍可沿著+z或是-z方向而進入一外界媒介以續做進一步處理。[0048] 圖4F顯示一光電路408示意圖，此光電路408具有和圖4B類似之疊層。干涉區491包含如三五族之半導體主動材料以產生非同調光。此非同調光沿著x方向而在第一反射區486及第二反射區484之間共振以變成同調光。由於布拉格(Bragg)結構494可阻止光線向下行進，此同調光會經由光柵492而向上射出。[0049] 對於傳統雷射二極體而言， 其基本工作原理為將電載子自兩個終端（P及N）或是兩個電極供應到光源區域，此光源區域包含至少一光子發射材料(PEM)，例如三五族半導體材料以作為增益材料。此些終端通常為正向偏壓以使電子及電洞在光子發射材料結合而產生光子。如圖1A所示，第一反射區106及第二反射區114界定出共振結構（亦即干涉區110或腔110）， 此干涉區110沿著水平方向延伸而光線自垂直方向123射出。若干涉區110包含光子發射材料(PEM)，且兩個終端之配置可以使光子在干涉區110產生，則光子可在第一反射區106及第二反射區114之間沿著水平方向共振。在本發明中，可提供一第三終端以作為閘極終端（傳統的雷射的兩個終端可視為導通終端，此第三終端可將某類載子吸引／斥拒／注入／擷取到閘極所在區域，以調變待結合之載子數目。上述之終端可為任意形式，如直接金屬接觸（如MESFET類型）、接面形式（如JFET類型）、或是經由可提供電場控制的介電層（MOSFET類型）。雖然該第三終端（控制終端）可有多種實現方式，本發明核心概念為在第一組電場（用以產生光子）外另外提供第二組電場，以改變待結合的載子量。這樣的閘極控制機制速度可高於傳統的二極體之直接調變模式。再者，藉由施加不同電壓／電流位準至閘極而使輸出光線有不同功率位準，即可達成編碼超過1位元(On/Off方式)之多重調變機制。此種調變機制類似於振幅調變機制，亦即施壓不同電壓位準至閘極。在下面說明中將配合實施例更加詳細說明如何實現此一閘極調變式側向共振垂直光發射之結構。[0050] 圖5A顯示依據本發明一實施例之發光結構（光發射器）561剖視圖。此發光結構561包含一光源區570，此光源區570包含一光子發射材料(PEM)層572。此外，此光源區570可為被兩個反射區所界定之一干涉區，或崁入被兩個反射區所界定之一干涉區。此發光結構561更包含耦接到光源區570之一第一電極591、耦接到光源區570之一第二電極592、及耦接到光源區570之一第三電極593。如此圖所示，此第一電極591包含一導電層591a及一摻雜區591b。此導電層591a例如可為一金屬層，而摻雜區591b例如可為n型摻雜區。同樣的，此第二電極592包含一導電層592a及一摻雜區592b。此導電層592a例如可為一金屬層，而摻雜區592b例如可為p型摻雜區。換言之，第一電極591及第二電極592具有不同極性，使得載子（電子及電洞）可以注入光源區570。例如，電子可經由n型摻雜區591b而注入光子發射材料(PEM)層572；而電洞可由p型摻雜區592b而注入光子發射材料(PEM)層572，使得電子電洞在光子發射材料(PEM)層572結合而產生光子。第三電極593包含一導電層593a及一絕緣層593b，且絕緣層593b係位於導電層593a與光源區570之間。依據一些實施方式，此導電層593a可為摻雜多晶矽或是金屬；而絕緣層593b可為氧化物、氮化物或是半絕緣三五族半導體材料。如此圖所示，一電壓V1供應到第一電極591、一電壓V2供應到第二電極592而一電壓V3供應到第三電極593，其中V2＞V1。依據一些實施方式，具有最低電壓之電極可以電連接到接地。在一些實施方式中，若V3＞V2，則第三電極593可以吸引部分電子（如虛線所示），並從而改變電子與來自第二電極592的電洞的結合數量及其發射出的光子數量。在一些實施方式中，若V2＞V3＞V1，則第三電極593可以吸引來自第二電極592之電洞及來自第一電極591之電子。在一些實施方式中，若V3＜V1，則第三電極593可以吸引來自第二電極592之電洞。在一些實施方式中，若V3要大於V2，則第三電極593可為P型；若V3要小於V1，則第三電極593可為N型。[0051] 在本發明中，傳統兩個導通電極外的第三電極可由不同之結構實現(可參見圖5B-5G所示實例)，只要此第三電極能符合本發明核心概念，即一發光結構包含可調變待結合電載子量之閘極電極，及可使光共振之一側向光共振腔。[0052] 圖5B-5E顯示具有側向光共振腔之發光結構(光發射器)示意圖。在這些範例中，V1及V2分別代表施加到雷射導通電極（亦即第一電極591及第二電極592）之電壓；而V3為施加到調變電極（亦即第三電極593）之電壓，以控制待結合成為光子的載子量。在這些範例中，省略具體之摻雜類型（如P或N型）以使說明可通用不同實例。例如，若第一電極591為N型，則第二電極592為P型。在這些圖示中，雙向實心箭頭代表載子結合區域，且此區域通常為三五半導體材料區、三五半導體材料系量子井（量子點）結構或是具有直接能隙之材料。如圖5B所示，第一電極591及第二電極592係位於光源區之兩個相對面且至少部份崁入一干涉區570，而第三電極593係位於第一電極591及第二電極592之間，以調變在第一電極591及第二電極592之間的載子量。再者，光子發射材料(PEM)在此圖為簡化說明而省略，但可是為部份崁入干涉區570中。如圖5C所示，第三電極593係位於第一電極591及第二電極592之連線外，而第三電極593可藉由將載子吸引出結合區而仍可以達成調變功能。在圖5B及5C所示結構中，電極係具有相似之高度。在圖5D及5E所示結構中，至少一電極係位在與其他電極不同層或是具有不同之高度。再者，類似於圖5A所示實例，第一電極591可包含一導電層及一摻雜區。同樣的，第二電極592可包含一導電層及一摻雜區。第一電極591及第二電極592具有不同極性，使得載子（電子及電洞）可以注入干涉區570。第三電極593包含一導電層及一絕緣層，且絕緣層係位於導電層與干涉區570之間。在圖5B至5E所示範例中，光反射區（未示出）係可安置在干涉區570之兩個側面且對應於箭頭方向。在施加電流或是電壓至第一電極591及第二電極592後，可在干涉區570產生光子，且光子沿著由反射區界定的實線箭頭方向共振，若在第三電極593施加電流或是電壓，即可吸引或是斥拒載子（如虛線所示），藉此改變在實線標示區域的載子結合量，以達成光調變功能。與圖5D之範例相比，圖5E顯示另一種實施方式，亦即變換導通電極與調變電極之位置，因此載子注入路徑（實線）及調變路徑（虛線）也做改變。[0053] 在圖5F至5K所示結構中，圖中的數字及標示可參照圖5A至5E。圖5F繪示一種實施例其中導通電極591, 592為垂直排列，而該調變電極593為側向排列。圖5G繪示一種實施例其中導通電極591, 592為側向排列，而該調變電極593位於該雷射裝置之上側。圖5H繪示一種實施例其中導通電極591, 592為垂直排列，而該調變電極593為側向排列且包含不只一側面。圖5I繪示一種實施例其中包含兩條導通電流路徑(實線)，而該調變電極593可位在底部。圖5J繪示實施例其中包含兩條導通電流路徑(實線)，而調變電極593位在底部。圖5K繪示實施例其中包含兩條導通電流路徑(實線)，而調變電極593可位在側面。[0054] 由於在這些範例的主要元件可和其他設計結合，例如相對於共振腔的PEM量子井（或是量子點）方向（可平行或是垂直於共振區），不同尺寸或是位置之寬度漸變區（如圖4D之圖號454部份）、光柵形式、使用兩個傳統導通電極或是包含額外的調變電極等等。上述圖示範例僅為諸多實現方式的某些具體實例，任何基於本發明核心概念之設計／結構皆屬於本發明保護專利範圍內。再者，干涉區可為三五材料（如砷化鎵、砷磷化銦鎵、磷化銦、砷化銦鎵）、矽納米晶體(silicon nanocrystal)、鍺納米晶體(germanium nanocrystal)，或是其他材料（只要PEM層可藉由接合或是材料成長而加到或至少部分嵌入干涉區上即可）。此外，一個以上的共振腔可沿著共振方向疊加以增加操作頻寬。任何基於本發明概念之設計／結構皆應視為在本發明專利保護範圍之內。[0055] 圖6A顯示本發明光柵雷射裝置（亦即光發射器，後面簡稱雷射裝置）661之剖視圖，此雷射裝置具有上側調變機制，即調變閘極係在光射出方向之同一側。雷射裝置661包含主動材料層（如交互疊加之砷化鎵／砷化鋁鎵層，或是相互疊加之砷磷化銦鎵／磷化銦層，以作為PEM層672），此主動材料層係耦接到干涉區670或是嵌入干涉區670(如虛線框所示)。任何可形成量子點、量子線、及量子井（可提供非同調或是同調光）之主動材料層組合都在本發明範圍內。此雷射裝置661包含由第一反射區666及第二反射區674所界定的干涉區（共振腔）670。在此範例中，雷射裝置661更包含在干涉區670上表面形成之光柵區680。此雷射裝置更包含一第一電極691、一第二電極692及一第三電極693，其中第一電極691及第二電極692係在干涉區670之兩端而第三電極693係在干涉區670上側且在第一電極691及第二電極692之間。此第一電極691包含一導電層691a及一摻雜區691b。此導電層691a例如可為一金屬層，而摻雜區691b例如可為n型摻雜區。同樣的，此第二電極692包含一導電層692a及一摻雜區692b。此導電層692a例如可為一金屬層，而摻雜區692b例如可為p型摻雜區。換言之，第一電極691及第二電極692可以具有不同極性，使得載子（電子及電洞）可以注入該包含發光材料之干涉區670，且在光子發射材料(PEM)結合。例如，電子可經由n型摻雜區691b而注入光子發射材料(PEM)層；而電洞可由p型摻雜區692b而注入光子發射材料(PEM)層，使得電子電洞在光子發射材料(PEM)層結合而產生光子。第三電極693包含一導電層693a及一絕緣層693b，且絕緣層693b係位於導電層693a與干涉區670之間。依據一些實施方式，此導電層693a可為摻雜多晶矽或是金屬；而絕緣層693b可為氧化物、氮化物或是半絕緣三五族材料。在一些實施方式之中，干涉區包含導電材料，以使由導通電極注入之載子可以傳輸到光子發射材料(PEM)區進行結合以產生光子。[0056] 若第一電極691為N型終端，而第二電極692為P型終端，在電壓V1及V2(V2＞V1)分別施加到第一電極691及第二電極692時，電子會在第一電極691端注入，而電洞會在第二電極692端注入。若電壓V3施加到第三電極693且V3＞V2，則第三電極693會吸引電子（如虛線所示），而減少與來自第二電極692電洞結合的電子量。若V2＞V3＞V1，則第三電極693可以吸引來自第二電極692之電洞及來自第一電極691之電子。若V3＜V1，則第三電極693可以吸引來自第二電極692之電洞。依此方式，第三電極693可實現對於雷射裝置661之載子調變。第三電極693可與干涉區670以介質694分開以實現一對於穿入干涉區之電場控制機制。若採取直接載子控制，如PN(接面型)或是MS(直接金屬接觸型)，則可省略介質694。在圖6A所示之雷射裝置661，在施加電壓至第一電極691及第二電極692後，載子（電子或是電洞）會注入該包含一主動材料層672之干涉區670。[0057] 在圖6A實例中，第一反射區666、第二反射區674、干涉區（共振腔）670及光柵區680之結構可由本發明其餘實例所揭露之具體結構實現（例如圖1A-3E所示結構）。依據一些實施方式，干涉區670可包含三五族半導體材料。第一反射區666及第二反射區674其中之一可為一全反射角鏡面，一分佈式布拉格反射鏡(DBR)，一色散鏡面，一波導迴圈反射鏡，或一金屬鏡面。光線沿著干涉區670而在第一反射區666及第二反射區674之間共振，以產生同調光並形成一駐波圖案。該光柵區680之光柵週期係和該干涉區670內駐波圖案之週期大致上匹配。再者，同調光可自干涉區670射出，且沿著和共振方向不同之方向。依據一些實施方式，可設計光柵之晶格向量（界定單位晶格尺寸及形狀），以使干涉區之同相位反節點之位置和光柵谷及／或光柵峰之位置大致上匹配。依據一些實施方式，第三電極693可為透光材料（如氧化銦錫）所組成以使透過光柵區出射之同調光可通過。[0058] 圖6B顯示本發明光柵雷射裝置（亦即光發射器，後面簡稱雷射裝置）662之剖視圖，此雷射裝置亦具有一上側調變機制。圖6B所示之雷射裝置662類似於圖6A所示之雷射裝置，除了光柵區680係位於干涉區670之底部，因此在圖6B中，與圖6A相同或是近似材料／組成結構／或是功能的元件採用相同之圖號，以簡化說明。此外，在圖6B所示雷射元件662中，第一電極691及第二電極692係與不同之磊晶成長層接觸以使第一電極691及第二電極692可位於不同垂直層上。在其他實施方式中，第一電極691係接觸到一N型三五族半導體材料，而第二電極692係接觸到一P型三五族半導體材料，其中Ｎ型及P型材料係皆以MOCVD或是MBE同步摻雜(in-situ doping)方式成長。[0059] 圖6C及圖6D分別顯示本發明光柵雷射裝置（亦即光發射器，後面簡稱雷射裝置）663, 664之立體圖，此雷射裝置具有一上側調變機制。該些雷射裝置663, 664與圖6A所示之雷射裝置661類似，除了在主動材料層672內的量子井之排列方向可平行於載子注入方向（或共振方向）（圖6D）或是垂直於載子注入方向（或共振方向）（圖6C）。若光線會通過第三電極693，此第三電極693之材質須可透光。例如，若第三電極693位在光線射出路徑上，一絕緣材料（如氧化物）及一導電材料（如多晶矽）可以使用，以在光波長大於850nm時仍可透光。[0060] 圖6E及圖6F分別顯示本發明光柵雷射裝置（亦即光發射器，後面簡稱雷射裝置）665, 667之立體圖，此雷射裝置具有前側調變機制。該些雷射裝置665, 667之量子井排列方向分別近似於圖6C及圖6D顯示雷射裝置663, 664之量子井排列方向。然而在圖6E及圖6F之雷射裝置中，一電極（例如第三電極693）在排列上係避免與光射出方向重疊以避免遮住光線。因此與圖6C及圖6D所示雷射裝置663, 664相比，圖6E及圖6F所示雷射裝置665, 667可採用更廣泛的電極材料。[0061] 圖6G顯示本發明光柵雷射裝置（亦即光發射器，後面簡稱雷射裝置）668之立體圖，此雷射裝置具有上側調變機制。此雷射裝置668類似於圖6A所示之雷射裝置661，然兩個導通電極691, 692係與不同層接觸，且載子注入方向（在導通電極691, 692之間）係與光線共振方向（在圖示兩第三電極693之間，且由第一反射區666及第二反射區674所界定）不同。在此實例中，載子主要自導通電極691, 692注入且結合以產生光子。光子在兩個反射區666和674之間共振且沿著一光柵區以和前述各個實例近似之機制而射出。調變電極693可位於光柵之外以避免遮光。在一些實施方式中，部份之光柵區680亦透過材料的選擇作為調變電極的一部份。[0062] 圖7A顯示本發明光柵雷射裝置（亦即光發射器，後面簡稱雷射裝置）761之立體圖，此雷射裝置具有一背側調變機制。圖7A所示之雷射裝置761與圖6A所示之雷射裝置661近似，除了第三電極793係形成於干涉區760之背側，而同調光係由干涉區760之上側經由光柵區780而射出，此光柵區780及光線射出機制與前述各個實例所述者類似。雖未具體顯示於此圖中，然而第一電極791及第二電極792可接觸到不同之磊晶成長層（類似圖6B所示者）。此外，光柵區780可位於干涉區760之底部（類似圖6B所示者），只要指向性同時有對應之設計即可。對於背側調變上側出光架構而言，調變電極之位置、區域或材料選擇可更具彈性，因為此調變電極並未遮住光線射出路徑。[0063] 圖7B及7C分別示本發明光柵雷射裝置（亦即光發射器，後面簡稱雷射裝置）762, 763之立體圖，此雷射裝置具有背側調變機制。此些雷射裝置762, 763之主動材料層772內的量子井排列方式類似於圖6E及6F所示之實例，且第三電極793係位在干涉區770之背側。[0064] 圖8A顯示一光積體電路500之示意圖，其具有與一光偵測器整合之一光耦合器。此光積體電路500包含一干涉區510、一第一反射區506、一第二反射區514及一光柵區520。此干涉區510包含一光吸收區以吸收此干涉區510至少一部份光線。此干涉區510、第一反射區506、第二反射區514及光柵區520之結構可由任何在本發明說明書所描述之對應結構實現，例如在圖1A-3E所對應之結構。此光積體電路500可形成於一基材530之上。[0065] 此光柵區520包含一光柵518。在一些實施方式中，此光柵518可接收來自一外部媒介且沿著方向536入射之光線。入射光線可耦合到形成於第一反射區506及第二反射區514之間的干涉區510。光線會因在第一反射區506及第二反射區514之間的反射而形成干涉光（沿著箭頭534），干涉區510可侷限此干涉光。[0066] 干涉區510可由光吸收材料構成以吸收至少一部份干涉光。此干涉區510例如可由鍺製成且可吸收電信通訊用之波長。被吸收之光線會轉換成自由載子，經由施加電場即可收集這些自由載子以決定吸收光線之強度。再者，光線會在由第一反射區506及第二反射區514所形成之腔體間反射以提供有效之光吸收。在一些實施方式中，干涉區510包含矽及／或鍺以吸收光；而光柵區包含金屬以產生傳導表面電漿模態(guided surface plasma mode)。[0067] 圖8B顯示光積體電路501示意圖，其具有與一光偵測器整合之以光柵為基礎之光耦合器，此光偵測器之檢光效率可由pn接面所調變。此光積體電路501包含一干涉區541、一p摻雜區546、一n摻雜區545、一光柵542、一第一反射區543及一第二反射區544。[0068] 類似於圖8A，光線係自一外部媒介吸收，一部份之光線會經由光柵542而耦合至干涉區541。耦合進來之光線會在干涉區541中沿著x方向而在第一反射區543及第二反射區544之間共振。在干涉區541之光吸收材料可吸收干涉光且將吸收光線轉換成自由載子。[0069] 在一些實施方式中，在n摻雜區545及p摻雜區546之間施加電壓或是電流時，在干涉區541內也會有電場。由於在n摻雜區545及p摻雜區546之間施加電壓或是電流之緣故使其中的載子濃度產生變化，從而在干涉區541內之光吸收材料之光吸收效率也會變化。因此在n摻雜區545及p摻雜區546之間施加電壓或是電流之操作即可提供可調整之光偵測器(configurable or tunable photo-detector)。[0070] 圖8C顯示一光積體電路505之示意圖，其具有一光吸收區耦合至（經由一波導區）一干涉區，其中以光柵為基礎之一光耦合器可自一外部媒介接收光線。此光積體電路505包含一光吸收區550、一波導區551、一第一反射區552、一第二反射區553，一干涉區554及一光柵區555。此光吸收區550、波導區551、第一反射區552、第二反射區553，干涉區554及光柵區555之結構可由任何在本發明說明書所描述之對應結構實現，例如在圖1A-3E所對應之結構。[0071] 在此實例中，光線係自一外部媒介而耦合到光柵區555。此耦合光線會藉由光柵區耦合至其下之干涉區554，並且第一反射區552與第二反射區553之間共振，以形成一駐波圖案。光吸收區550係耦合至波導區551，光線係由波導區551耦合到光吸收區550以做光偵測。此光吸收區550例如可為結合至一矽波導之鍺光偵測器，在矽波導內行進之光線會被侷限於干涉區554及波導區551，且經由衰減光場或其他機制耦合到鍺光偵測器。[0072] 圖9顯示和pn接面整合之一光耦合器600。此光耦合器600包含一第一反射區606、一干涉區620及一第二反射區614。此干涉區620包含一光柵區630。此第一反射區606、干涉區620、第二反射區614及光柵區630之結構可由任何在本發明說明書所描述之對應結構實現。[0073] 光耦合器600也包含pn接面對，pn接面對包含p摻雜區621, 623及625，及包含n摻雜區631, 633及635。一般而言，藉由控制一或多個pn接面對，由施加電壓或是注入載子，即可主動控制操作參數（如輸出功率或是輸出波長）。在一些實施方式中，此些pn接面對621/631、623/633及／或625/635可延伸入第一反射區606、干涉區620及／或第二反射區614，以達成更佳之可控制性及調變能力。在一些實施方式中，此些p摻雜區及n摻雜區可互相交替以形成指狀圖案或是其他圖案。此處有關於摻雜區之敘述也可用於本發明其他部份所述之光耦合器。[0074] 在一些實施方式中，可在n摻雜區631及p摻雜區621之間施加電壓或是電流，以調變第一反射區606內或其鄰近區域之載子濃度。因此在n摻雜區631及p摻雜區621之間施加電壓或是電流後，第一反射區606可因其載子的濃度不同而產生不同之反射率。[0075] 在一些實施方式中，可在n摻雜區635及p摻雜區625之間施加電壓或是電流，以調變在第二反射區614內或其鄰近區域之載子濃度。因此在n摻雜區635及p摻雜區625之間施加電壓或是電流後，此第二反射區614可因其載子的濃度不同而產生不同之反射率。[0076] 在一些實施方式中，可在n摻雜區633及p摻雜區623之間施加電壓或是電流，以調變干涉區620內或其鄰近區域之載子濃度。因此在n摻雜區633及p摻雜區623之間施加電壓或是電流後，此干涉區620可因其載子的濃度不同而產生不同之干涉圖案。[0077] 例如，藉由施加反向偏壓，電場可將一區域之自由載子抽離，因此可以變化該區域之折射率。依據另一實例，藉由施加正向偏壓，可將自由載子注入一區域，因此可以變化該區域之折射率。[0078] 圖10A顯示一光積體電路700之示意圖，其具有多個輸出埠。光積體電路700包含一第一波導區702以將光線由箭頭722所示方向導引進來。此光積體電路700尚且包含在干涉區710一側形成之一第一光柵區720。此光積體電路700尚且包含在干涉區710另一側形成之一第二光柵區721，此另一側例如可為圖10A所示之相反側。此光積體電路700尚且包含一反射區714及可選擇性地包含另一反射區706。此光積體電路700尚且包含一第二波導區728以耦接至另一被動及／或主動光學元件。[0079] 在一些實施方式中，由第一波導區702進來之光線會進入干涉區710，然後可被導引至一第一外部媒介730、一第二外部媒介732或是第二波導區728。例如，類似於圖9之說明，一n摻雜區及一p摻雜區可在被施加電壓或是電流之後調變位於干涉區710內或其鄰近區域之載子濃度；經由控制跨過n摻雜區及p摻雜區之電場，即可控制由+z或是-z方向所射出之光線量。依據另一實例，類似於圖9，一n摻雜區及一p摻雜區可在被施加電壓或是電流之後而在第二反射區714中提供一電場。此第二反射區714之反射率藉由此電場被調整，光線因而可傳送到第二波導區728。[0080] 在一些實施方式中，光線先由干涉區710進入，然後光線分成不同部份以自第一外部媒介730、第二外部媒介732及／或第二波導區728離開。例如，第一光柵區720之光柵可經設計後使得光柵週期大致上匹配一橫向電場(TE)極化光之駐波。類似地，第二光柵區721之光柵可經設計後使得光柵週期大致上匹配一橫向磁場(TM)極化光之駐波。藉由控制在光積體電路700中的橫向電場(TE)及橫向磁場™極化光量，即可控制由光積體電路700到第一外部媒介730及到第二外部媒介732之光量。上述之範例可作為一極化分光器。[0081] 在一些實施方式中，可在第一光柵區720及第一外部媒介730之間形成一第一層724。此第一層724可保護此光積體電路700及提供第一光柵區720及第一外部媒介730間之一特定距離。在一些實施方式中，可在第二光柵區721及第二外部媒介732之間形成一第二層726。此第二層726可保護此光積體電路700及提供第二光柵區721及第二外部媒介732間之一特定距離。例如，此第一層724可為一外層(cladding)，而此第二層726可為光積體電路700之基材。在另一實例中，該第一層724之折射率可低於第一光柵區720之折射率。[0082] 圖10B顯示具有多個輸入及輸出埠的光積體電路701示意圖。此光積體電路701包含一第一波導區751、一第二波導區752、一第三波導區753、一第四波導區754、pn接面755-760及795-798、一第一反射區761、一第二反射區762、一第三反射區791、一第四反射區792、一干涉區770及一二維光柵780。此第一波導區751、第二波導區752、第三波導區753、第四波導區754、pn接面755-760及795-798、第一反射區761、第二反射區762、第三反射區791、第四反射區792、干涉區770及二維光柵780之結構可由任何在本發明說明書所描述之對應結構實現，例如在圖1A-4F, 圖8A-9所對應之結構。[0083] 在一些實施方式中，由第一波導區751及第三波導區753來之光線會進入干涉區770，然後可被導引至第二波導區752、第四波導區754或由z方向（圓點764所示）離開光柵。在一些實施方式中，為了降低由第一波導區751及第三波導區753來之光線的背向反射，可在初始設計階段(或是經由動態地施加電場)就使第一反射區761及第三反射區791之反射率能大致上匹配分別沿著x及y方向行進波在干涉區770內的循環傳導衰減係數。[0084] 在一些實施方式中，光線先由第一波導區751進入，然後分別分成到達第二波導區752、第三波導區753、第四波導區752及／或沿著z方向（圓點764所示）離開光柵之光線。例如，此光柵區可包含二維光柵780以將光依據波長而分成兩個部份，此兩個部份分別沿著x及y方向行進。依據另一實例，光柵區可包含二維光柵780，此二維光柵780可相反地將兩個分別沿著x及y方向行進之光線組合成一光線。[0085] 在一些實施方式中，藉由將光柵780沿著x及y方向之週期與沿著x及y方向之干涉波分布分別匹配，此二維光柵780可將兩個分別沿著x及y方向行進之光線組合成一光線，然後自z方向射出。在一些實施方式中，藉由調整沿著x及y方向之干涉波分布（經由施加n摻雜區及p摻雜區之間電場）至和光柵780沿著x及y方向之週期分別匹配，此二維光柵780可將兩個分別沿著x及y方向行進之光線組合成一光線，然後自z方向射出。依據另一實例，此二維光柵780可相反地將來自一行進方向（例如-z方向）的光線分成兩個光線部份，並將此兩個光線部份分別沿著x及y方向傳送。[0086] 類似於圖10A，在一些實施方式中，可由一n摻雜區及一p摻雜區在干涉區內提供電場（藉由在n摻雜區及p摻雜區之間施加電壓或是電流），而對於分別沿著兩個方向行進的兩個光線部份進行調變。例如，可在n摻雜區759及p摻雜區757之間施加一電壓改變其干涉光之波分布，而使該其對於反射率或光柵週期結構之大致上匹配產生變化，從而進行改向或是分光。在一些實施方式中，若部份區域之折射率不需調變，則對應之一或多個摻雜區可被省略。例如，若不需動態調變干涉區770，則可不需要摻雜區756及759。[0087] 圖11顯示一適於封裝之光積體電路800示意圖。此光積體電路800包含一邊緣發射光源801，例如分佈式反饋(DFB)或分佈式布拉格反射鏡(DBR)雷射，毗接(butt-coupled)到一波導803。如圖11所示，可隨選地以積體調變器805將光線調變，或是可由邊緣發射光源801直接將光線調變。該被調變光被耦合到一以光柵為基礎之光耦合器807（可參見先前圖示所敘述範例）。由於自光耦合器807所發出之光線方向可與邊緣發射光源801所發射光線方向大致垂直，此光積體電路800可由標準之光學設備進行檢測及封裝。例如，光積體電路800封裝於其上的晶粒可接合到一TO金屬罐(transistor outline metal can)，且光柵可與TO金屬罐之光圈或透鏡對齊，即可使光線由封裝垂直射出。[0088] 圖12A所示為一光學裝置901的示意圖，此光學裝置901包含全反射角鏡(corner mirror)902以提供高反射率。對於圖9A所述內容可應用於本發明任一反射區。一般而言，光通過光柵區920，且入射到角鏡902之端面931a及931b。由於入射到端面931a及931b之光線超過臨界角，光線大致上會因全反射而反射回，達成高反射率。[0089] 圖12B所示為一光學裝置903的示意圖，此光學裝置903包含圓形或是橢圓形端面904以提供部份反射率或是高反射率。對於圖12B所述內容可應用於本發明任一反射區。一般而言，光通過彎曲的光柵區921，且入射到端面904。在一些實施方式中，端面904可鍍上金屬層以提供高反射率。由於彎曲端面904具有高反射率，因此彎曲端面904可將光線重新聚焦回波導區。[0090] 圖12C所示為一光學裝置905的示意圖，此光學裝置905包含分佈式布拉格反射鏡(DBR)906以提供高反射率。對於圖12C所述內容可應用於本發明任一反射區。一般而言，光通過光柵區922，且入射到分佈式布拉格反射鏡(DBR)906。在一些實施方式中，分佈式布拉格反射鏡(DBR)906可經設計而對於特定波長光線提供高反射率。[0091] 圖12D所示為一光學裝置907的示意圖，此光學裝置907包含端面908以提供部份反射率或是高反射率。對於圖12D所述內容可應用於本發明任一反射區。一般而言，光通過光柵區923，並且入射到端面908上，且在部分實施例中可不任何附加之鍍層。在一些實施方式中，端面908可鍍上一或多層材料以增加反射率。例如，端面908可鍍上一金屬層以增加反射率。再者，端面908也可鍍上多層介電質層以增加對於一波長範圍內之反射率。此外，此端面908也可先覆上一層四分之一波長介電質層，再鍍上一金屬層以增加對於一波長範圍內之反射率。[0092] 圖12E所示為一光學裝置909的示意圖，此光學裝置909包含波紋表面鏡936。對於圖12E所述內容可應用於本發明任一反射區。一般而言，光過光柵區932，並且入射到波紋表面鏡936上，光線被反射後即可形成干涉波分布。[0093] 除了圖12A-12E所示反射區外，任何他種反射區（反射器）也可與本發明之光積體電路整合。例如，一反射區可包含異常色散鏡(anomalously dispersive mirror)或是波導迴路反射鏡(waveguide loop mirror)。[0094] 圖13顯示一種設計此光耦合器之流程圖，而此設計流程1000可以藉由電腦偕同或獨立完成。[0095] 在此範例設計流程圖中，其第一步驟1002為設計該干涉區。在部份實施方式中，該干涉區之材料，尺寸和基板，可根據實際應用時之光的極化方向/模態/波長/大小和其他的外部耦合器(例如：光纖或波導之大小)之條件決定之。[0096] 在此範例設計流程圖中，其第二步驟1004為決定該光柵之設計。大致而言，該光柵週期結構之設計須和其干涉區內之干涉光波分佈相匹配，同時其他的參數例如：高度、工作週期、光柵形狀、覆蓋光柵之包層或上述參數組合亦可根據其實際應用之光的波長/模態/大小/入射角或其干涉區之設計來進行最佳化。[0097] 在此範例設計流程圖中，其第三步驟1006為驗證該光柵之特性。舉例來說，數值模擬工具即可被用來檢視1004設計之後的結果，並調整其對應之設計參數，直到高指向性及目標遠場角度(例如垂直出光)皆達到為止。[0098] 在此範例設計流程圖中，其第四步驟1008為決定反射區之設計。在部份實施方式中，數值模擬工具即可被用來輔助設計一具有高反射率(接近100%)之鏡面。舉例來說，該反射區之設計可為一漸進式波導布拉格(Bragg)結構，一波導式迴圈反射器，或一介電質鍍膜。[0099] 在部份實施方式中，數值模擬系統亦可被用來計算循環傳導衰減係數如圖2所示。根據該循環傳導衰減係數，其靠近入射方向之反射區反射率亦可推得知。在部份實施方式中，一個或多個參雜區亦可被放置於該反射區或干涉區內或周圍，並藉由施加外部電壓或電流來改變其反射區或干涉區內之光學特性。[00100] 在部份實施方式中，當決定了干涉區之大致設計後，即可根據其對應的干涉波型來進行遠離入射端反射區的設計，例如使用一個漸進式分佈式布拉格反射鏡，或全反射鏡面，或介電質或金屬鍍膜鏡面，同時光柵的結構亦可根據該干涉波型來進行設計。在加上光柵後，部分干涉區的參數亦可能隨之而變，使得其中的干涉波亦隨之變動。此時可利用遞迴方式(設計，驗證，微調，在驗證)來進行最佳化。當光柵，干涉區和遠離入射端反射區的設計皆大致底定後，來回傳導衰減係數及其相對應的共振條件下相位偏移亦可被決定。此時若有需要，即可根據此係數來進一步調整靠近入射端反射區之反射係數及其設計。[00101] 圖14顯示一種製作此光耦合器之流程圖，而此製作過程1100可以藉由電腦控制之半導體製程設備偕同或獨立完成。[00102] 其中，光柵區(1102)可藉由互補金氧半導體(CMOS)相容的製程來進行製作。舉例來說，步進式曝光機，電子束曝光機，接觸式曝光機，或其他合適的曝光機來進行光柵的曝光。在進行蝕刻時，乾式蝕刻，濕式蝕刻或其他合適蝕刻技術亦可被用來進行光柵的蝕刻。除此之外，亦可在光柵製成前後進行薄膜沉積，例如使用化學氣相沉積，電漿式化學沉積，濺鍍式沉積或其他合適的薄膜沉積技術來製作薄膜，而此薄膜可用來當作光柵區本身的材料或是光柵區上方之保護層。[00103] 在光柵製程後，亦可選擇性採用一道驗證步驟(1104)來驗證光柵的特性是否符合需求。在部份實施方式中，此驗證步驟可在以切割的晶粒或全晶圓上實施。在部份實施方式中，光可藉由光柵耦合進波導中，再經由波導的另一端藉由另一個光柵耦合出射，藉由測量入射光及反射光的變化及可推知該光柵的特性。在部份實施方式中，光亦可藉由光柵耦合進波導中，再經由一高反射率的反射面反射回原入射方向，藉由同一個光柵耦合出，並藉由測量入射光及反射光的變化推知該光柵的特性，或其所提供之衰減量。在部份實施方式中，亦可藉由將光斜向照射欲測量之光柵，並從相對應反射角的方位測量從該光柵反射之光推知該光柵的特性。[00104] 光柵驗證步驟後，可進行反射區製作(1106)。在部份實施方式中，當該光柵及其干涉區所提供之衰減量決定後，反射區即可根據該數據來推知其所需要之反射係數。例如遠離入射光區之反射區可提供高反射率(無衰減或微量衰減)，但其靠近入射端反射區之反射率即可和其來回衰減係數進行大致上匹配。反射區之製程亦可藉由互補金氧半導體(CMOS)相容的製程來完成。此外，在部份實施方式中，亦可藉由曝光，離子佈植及退火來形成參雜區提供電流或電壓，或更進一步供反射區或干涉區光學特性調變之用。[00105] 圖15顯示一種製作此光發射器之流程圖，首先於步驟1502係形成一干涉區及一光源區，其中該光源區至少一部份崁入該干涉區。此干涉區之製作方式可參見步驟1002所述內容。接著於步驟1504在該干涉區之兩相對端形成一第一反射區及一第二反射區，其中該第一反射區及一第二反射區大致位於相同之平面表面；此反射區之製作例如可參見步驟1008, 1106所述內容。接著於步驟1506形成至少三個電極，電性耦合至該光源區。藉由改變該三個電極之間的相對電場，可控制在該干涉區內的載子量；其中由該載子結合產生之光線在該干涉區內沿著一第一方向共振，且由一第二方向射出此干涉區，其中該第二方向與該第一方向不同。最後於步驟1508在該干涉區形成一光柵區，該光柵區在該第一反射區及該第二反射區之間。此光柵區之形成方式例如可參見步驟1102內容。[00106] 本領域人員可知對於本案上述實施方式可做種種變化而不脫離本發明範圍之精神。例如，上述步驟可以變化順序、添加或是刪除步驟。在圖13之步驟1008可在步驟1004前進行；在圖14步驟1104也可在步驟1106後進行；在圖15之步驟1506可在步驟1504前進行。[00107] 在本說明書中所述的實施方式及功能操作可以在數位式電子電路中或計算機軟體、韌體或硬件中實現。實施方式也可以被一個或多個計算機程式所實現，即計算機程序指令的一個或多個程式碼區塊上在計算機可讀媒體中以編碼形式儲存以供後續執行，或者藉由該程式控制數據處理裝置的操作。計算機可讀媒體可以是機器可讀儲存設備、機器可讀儲存式基板、儲存器設備、可影響機器可讀傳輸信號的物質，或其一個或多個的組合。該計算機可讀介質可以是一種非臨時性計算機可讀媒體。其中，數據處理裝置包括用以處理數據的所有裝置、設備和機器，例如可程式化處理器，計算機或多個處理器或計算機。裝置除了硬體還包含用以創造電腦程式詢問執行環境的程式碼，例如構成處理器韌體、協議堆疊、資料庫管理系統、數據庫管理系統、操作系統，或其等之一或多個組合的程式碼。傳播信號可為人工生成信號，例如由機器產生用來編碼及傳遞至合適接收裝置的電、光、或電磁信號。[00108] 計算機程序(也稱為程序、軟體或程式碼)可以用任何形式的編程語言編寫，包括編譯或解釋語言，且可以任何形式存在，包括獨立程序或者模組或其他適於在計算機環境中使用的其它單元組合。計算機程序不一定對應於文件系統中的文件。程序可以被儲存為具有其他程式或資訊之文件的一部份(例如儲存在標記語言文檔中(Markup Language)的命令程式)、在單一文件中專用詢問程序，或協同文件(例如存儲一或多個模塊、子程序或部分程式碼的文件)。計算機程序可以在一或多個計算機上展開以及執行，其中多個計算機可以是在相同地點的計算機，或者是分佈在不同地點並透過網路互連的計算機。[00109] 在本說明書提及的程式及設計邏輯流程可由一或多個可程式化處理器執行一或多個計算機程式以完成輸入資訊操作並產生輸出資訊。此外，程式及邏輯流程也可以利用專用邏輯電路，例如現場可程式化閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)或專用集成電路(Application-specific integrated circuit, ASIC)來執行。[00110] 適合於計算機程序執行的處理器例如通用和專用微處理器，以及任何類型的數位計算機的任何一或多個處理器。一般來說，處理器可接收來自唯讀記憶體或隨機存取記憶體或其兩者的指令和數據。計算機的基本元件包含用於執行指令的處理器及用於儲存指令和數據的一或多個記憶體。計算機通常還可以選擇性地包含用以接收、傳送數據或同時接收及傳送數據的一或多個大容量存儲設備，例如磁盤、磁光盤或光盤。此外，計算機可以嵌入其他設備中，例如平板電腦、行動電話、個人數位助理(PDA)、移動音頻播放器、全球定位系統（GPS）接收器。適於儲存計算機程序指令和數據的計算機可讀媒體包括所有形式的非揮發性記憶體，媒體和記憶體，例如包括半導體記憶體設備(例如為EPROM、EEPROM和快閃記憶體)、磁盤(例如硬碟或行動硬碟)、磁光盤、CD-ROM和DVD-ROM光碟。處理器和存儲器可以被擴充或專用邏輯電路中。[00111] 為了與用戶互動，計算機還可以包含顯示信息給用戶的顯示設備和供用戶輸入資訊到計算機的鍵盤和指示設備，顯示設備例如陰極射線管(CRT)或液晶顯示器(LCD)，指示設備例如鼠標或軌跡球。當然，計算機也可以透過其他種類的設備，例如提供感官反饋(例如為視覺反饋、聽覺反饋或觸覺反饋)以與用戶互動，同時也接收用戶以任意形式(包含聲音、語音或觸覺)輸入的資訊。[00112] 前述實施方式可在電腦系統中執行，電腦系統包含後端組件(例如資料伺服器)、中間組件(例如應用伺服器)或前端組件(圖形用戶界面或網路瀏覽器)。透過電腦系統，用戶可以實行技術所揭示內容。電腦系統的組件可以通過任何形式或數位數據通信，例如網路。網絡可包括局部區域網(LAN)和廣域網路(WAN)，例如網際網路。[00113] 該計算系統可以包括客戶端和服務器。客戶端和服務器通過網路達到溝通效果。客戶端和服務器藉電腦程式及客戶端-服務器之架構關係以在不同計算機上協同運行。[00114] 以上列舉為本發明之部分實施例，而關於本發明之其他進一步實施例，亦可在不偏離本發明基本範疇下設計出來，因此本發明之範疇由以下的申請專利範圍決定。本文介紹的各種實施例，或者其中的某些部分，可單獨成為一實施例或結合起來創造更進一步的實施例。[00115] 同時，雖然本發明之操作在附圖中以一個特定的順序描述，但不應被理解為需要依所描述的特定順序或者以連續順序執行這樣的操作，亦不應被理解為需要執行所有圖示的操作才能達到期望的結果。在某些情況下，多任務和並行處理皆可達成目標。此外，各種系統或程式組件在上述實施例中若以分離的方式描述之，其不應被理解為此分離為必須，而應當被理解為所描述的程序組件和系統一樣，可以集成，或在單個軟體產品，或封裝為多個軟體產品。
100,400,401,403,405,407,408,500,501,505,700,701,800‧‧‧光積體電路
116‧‧‧基板
102,451,551‧‧‧波導區
106,406,416,446,452,478,486,505,506,543,552,606,761‧‧‧第一反射區
110,410,411,443,454,472,491,510,541,554,620,710‧‧‧干涉區
114,414,424,448,453,476,484,514,544,553,614,762‧‧‧第二反射區
120,420,421,445,455,466,520,555,921,922,923‧‧‧光柵區
108,112‧‧‧界面
130,730,732‧‧‧外部媒介
123‧‧‧方向
124‧‧‧包層
101,103,105,600,807‧‧‧光耦合器
118‧‧‧光柵谷
126‧‧‧光柵峰
201‧‧‧正向波
203‧‧‧反向波
205‧‧‧駐波
d1‧‧‧週期
207,331,332,333,334,335‧‧‧光柵圖案
213,474‧‧‧邊界
211‧‧‧反射器
301a-n,303a-n,305a-n,307a-n,309a-n,313a-n‧‧‧光柵結構陣列
308‧‧‧層
430,431,441,450,462‧‧‧光源區
418,492,518,542‧‧‧光柵
442,546,621,623,625‧‧‧p摻雜區
444,545,631,633,635‧‧‧n摻雜區
494‧‧‧布拉格(Bragg)結構
530‧‧‧基材
550‧‧‧光吸收區
561,661,662,663,664,665,667,668,761,762,763‧‧‧光發射器
591,592,593,691,692,693,791,792,793‧‧‧電極
591a,592a,593a,691a,692a,693a,791a,792a,793a,‧‧‧導電層
591b,592b,691b,692b,791b,792b‧‧‧摻雜區
593b,693b,793b‧‧‧絕緣層
V1,V2,V3‧‧‧電壓
680,780‧‧‧光柵區
570‧‧‧光源區
670,770‧‧‧干涉區
572,672,772‧‧‧主動材料層
666,674,766,774‧‧‧反射區
720‧‧‧第一光柵區
721‧‧‧第二光柵區
702,751‧‧‧第一波導區
728,752‧‧‧第二波導區
724‧‧‧第一層
726‧‧‧第二層
753‧‧‧第三波導區
754‧‧‧第四波導區
791‧‧‧第三反射區
792‧‧‧第四反射區
780‧‧‧二維光柵
755-760,795-798‧‧‧pn接面
801‧‧‧邊緣發射光源
803‧‧‧波導
901,903,905,907,909‧‧‧光學裝置
902‧‧‧全反射角鏡
931a,931b,904,908‧‧‧端面
906‧‧‧分佈式布拉格反射鏡(DBR)
936‧‧‧波紋表面鏡
1002-1008,1102-1106,1502-1508‧‧‧流程
圖1A為本發明一實施例之光積體電路示意圖
圖1B, 1C, 1D顯示光耦合器示意圖。
圖2顯示干涉波型示意圖。
圖3A-3E顯示光柵圖案示意圖。
圖4A-4F顯示和一光源結合之光耦合器示意圖。
圖5A-5K顯示依據本發明之光發射器結構示意圖。
圖6A-6G顯示依據本發明之具有上側調變機制光發射器示意圖。
圖7A-7C顯示依據本發明之具有背側調變機制光發射器示意圖。
圖8A-8C顯示和一光偵測器結合之光耦合器示意圖。
圖9顯示和pn接面結合之光耦合器示意圖。
圖10A-10B顯示具有多個輸出埠之光耦合器示意圖。
圖11顯示用於封裝的光耦合器示意圖。
圖12A-12E顯示反射區之範例。
圖13顯示一光耦合器之流程示意圖。
圖14顯示製作一光耦合器之流程示意圖。
圖15顯示製作一光發射器之流程示意圖。
在本發明圖示中，類似的圖號代表類似的元件，再者，本發明說明書所述各實施例僅為說明用，而非為限定本案保護範圍。
400‧‧‧光積體電路
406‧‧‧第一反射區
410‧‧‧干涉區
414‧‧‧第二反射區
418‧‧‧光柵
420‧‧‧光柵區
434‧‧‧箭頭
436‧‧‧方向
430‧‧‧光源區

Claims (15)

  1. 一種光發射器，包含：一干涉區，形成於一第一反射區及一第二反射區之間且沿著一第一方向延伸；一第一電極及一第二電極電性耦合至該干涉區且在施加電場之後可將載子注入該干涉區，以使該干涉區產生光線，其中該電場係沿著一第三方向且對應該電場之該干涉區係由該第一反射區及該第二反射區界定；一第三電極電性耦合至該干涉區，經由在該第一及第三電極間、或在第二及第三電極間、或上述組合施加電場，即可調變在該干涉區的載子濃度；其中在該干涉區產生之光線沿著該第一方向共振且由一第二方向射出該干涉區，該第一方向、該第二方向及該第三方向彼此不同；其中該光發射器具有一方形基板，該第一反射區及該第二反射區位於該基板的兩個相對表面上，且該第一電極及該第二電極於該基板的另外兩個相對表面上。
  2. 如請求項1之光發射器，更包含：一光柵區耦合至該干涉區且可將光線由該第二方向導離該干涉區。
  3. 如請求項1之光發射器，其中該第二方向大致垂直該第一方向。
  4. 如請求項1之光發射器，其中該干涉區包含至少兩種不同材料層，且該第一電極與該第三電極係實體接觸該干涉區之不同材料。
  5. 如請求項1之光發射器，更包含一介電層形成於該第三電極及該干涉區之間，該第三電極係經由一電容效應以調變在該干涉區結合的載子量。
  6. 如請求項1之光發射器，其中該第一反射區或該第二反射區包含一全反射角鏡面，一分佈式布拉格反射鏡(DBR)，一色散鏡面，一波導迴圈反射鏡，或一金屬鏡面。
  7. 如請求項1之光發射器，其中該第一電極、該第二電極或該第三電極包含一導電層及一半導體摻雜區。
  8. 如請求項1之光發射器，其中該第三電極係依序施加至少兩種不同電壓位準，以調變在干涉區結合的載子量及輸出光功率位準。
  9. 如請求項2之光發射器，其中該光柵區之光柵週期大致匹配該干涉區內光線之一干涉週期。
  10. 如請求項2之光發射器，其中該光柵具有光柵谷或是光柵峰，且該光柵之晶格向量可使該干涉區之同相位反節點之位置和光柵谷及/或光柵峰之位置大致上匹配。
  11. 如請求項2之光發射器，其中該干涉區之等效折射率係低於該光柵區之等效折射率。
  12. 如請求項2之光發射器，其中該第三電極與該干涉區之一部份接觸，且該接觸部份不與光柵區重疊。
  13. 如請求項2之光發射器，其中由該光柵區所發射的光可至少穿透過部分之第三電極。
  14. 一種形成光發射器之方法，包含： 形成一干涉區及一光源區，其中該光源區至少一部份崁入該干涉區；在該干涉區之兩相對端形成一第一反射區及一第二反射區；形成至少三個電極，電性耦合至該光源區，藉由改變該三個電極之間的相對電場，可控制在該光源區內的載子濃度；其中由載子結合產生之光線在該干涉區內沿著一第一方向共振，且由一第二方向射出該干涉區，其中該第二方向不同於該第一方向；其中該至少三個電極中的兩個電極之間形成一電場，該電場係沿著一第三方向且對應該電場之該干涉區係由該第一反射區及該第二反射區界定，該第一方向、該第二方向及該第三方向彼此不同；其中該光發射器具有一方形基板，該第一反射區及該第二反射區位於該基板的兩個相對表面上，且該至少三個電極中的該兩個電極於該基板的另外兩個相對表面上。
  15. 如請求項14之形成光發射器之方法，更包含在該干涉區形成一光柵區，該光柵區在該第一反射區及該第二反射區之間。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10386581B2 (en) 2013-10-25 2019-08-20 Forelux Inc. Grating based optical transmitter
CN108701962B (zh) * 2015-12-17 2021-04-16 菲尼萨公司 表面耦合系统
CN110301075B (zh) * 2016-07-05 2021-05-07 光引研创股份有限公司 基于光栅的光发射机
DE102016115723A1 (de) * 2016-08-24 2018-03-01 Forschungsverbund Berlin E.V. Wellenleiterstruktur und optisches System mit Wellenleiterstruktur
CN107453204A (zh) * 2017-07-28 2017-12-08 武汉电信器件有限公司 一种基于双曝光工艺的dfb激光器和制作方法
US11262605B2 (en) * 2017-08-31 2022-03-01 Lightwave Logic Inc. Active region-less polymer modulator integrated on a common PIC platform and method
US10527786B2 (en) * 2017-08-31 2020-01-07 Lightwave Logic Inc. Polymer modulator and laser integrated on a common platform and method
US10511146B2 (en) * 2017-11-14 2019-12-17 Lightwave Logic Inc. Guide transition device with digital grating deflectors and method
KR102071143B1 (ko) * 2018-08-30 2020-01-29 홍익대학교 산학협력단 빔 조정 분해능 향상을 위해 pn 접합 구조층을 갖는 장치 및 그 제조 방법
CN110829035B (zh) * 2019-11-19 2021-03-16 大连海事大学 一种宽半功率波束的圆极化贴片天线
US11378750B2 (en) 2020-01-17 2022-07-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Germanium photodetector embedded in a multi-mode interferometer
US11609478B2 (en) * 2020-06-11 2023-03-21 Hirose Electric Co., Ltd. Systems and methods for alignment of photonic integrated circuits and printed optical boards
TWI734567B (zh) * 2020-07-24 2021-07-21 國立臺灣大學 用於產生兆赫輻射的裝置的製造方法
CN112993751B (zh) * 2021-01-28 2022-08-19 湖北光安伦芯片有限公司 一种纳米柱vcsel光源结构及其制备方法
GB2619261A (en) * 2022-03-31 2023-12-06 Smart Photonics Holding B V Optical coupler

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5088097A (en) * 1990-04-04 1992-02-11 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor laser element capable of changing emission wavelength, and method of driving the same
US20020136259A1 (en) * 2001-03-05 2002-09-26 Photodigm. Inc. Optical modulator system
US20040076198A1 (en) * 2002-10-16 2004-04-22 Spoonhower John P. Tunable organic VCSEL system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6370471A (ja) * 1986-09-12 1988-03-30 Omron Tateisi Electronics Co 半導体レ−ザ
JP2692913B2 (ja) * 1987-12-19 1997-12-17 株式会社東芝 グレーティング結合型表面発光レーザ素子およびその変調方法
US5038185A (en) * 1989-11-30 1991-08-06 Xerox Corporation Structurally consistent surface skimming hetero-transverse junction lasers and lateral heterojunction bipolar transistors
US6031243A (en) * 1996-10-16 2000-02-29 Geoff W. Taylor Grating coupled vertical cavity optoelectronic devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5088097A (en) * 1990-04-04 1992-02-11 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor laser element capable of changing emission wavelength, and method of driving the same
US20020136259A1 (en) * 2001-03-05 2002-09-26 Photodigm. Inc. Optical modulator system
US20040076198A1 (en) * 2002-10-16 2004-04-22 Spoonhower John P. Tunable organic VCSEL system

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