具有发光结构和用于监测光的波导集成电容器的光学装置

政府权利声明

本发明是在ARPA-E办公室的DOE授予的第DE-AR0001039号奖的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

背景技术

光学系统包括光学装置，这些光学装置可以产生、处理光学信号和/或将光学信号从一个点携带到另一个点。在某些实施方式中，与使用电线的通信系统相比，光学系统(诸如，光学通信系统)可促进使用更小的电缆宽度(或直径)以更高带宽进行更长距离的数据通信。在光学通信系统中，光可由光源(诸如，激光器)产生。在一些光学系统中，外部光监测装置(诸如，光电二极管)用于监测由光源产生的光。

附图说明

下文将参考以下附图描述各种示例。

图1描绘了具有发光结构和用于监测光的波导集成电容器的示例光学装置。

图2描绘了示例光学装置的截面图。

图3描绘了示例光学装置的俯视图。

图4描绘了另一个示例光学装置的俯视图。

图5描绘了示例光学装置的截面图。

图6描绘了另一个示例光学装置的截面图。

图7描绘了具有示例光学装置的示例光学系统的框图。

图8描绘了具有电子芯片和光子芯片的示例多芯片模块的框图，该光子芯片具有示例光学装置。

图9描绘了制造示例光学装置的示例方法的流程图。

图10描绘了制造示例光学装置的另一种示例方法的流程图。

需要强调的是，在附图中，各种特征未按比例绘制。事实上，在附图中，为了讨论清楚，各种特征的尺寸已被任意增大或减小。

具体实施方式

以下详细描述参考附图。在可能的情况下，相同的附图标记在附图和以下描述中用于指代相同的或类似的部分。将清楚地理解，附图仅用于图示和描述的目的。尽管在本文件中描述了若干个示例，但是修改、改编和其他实施方式是可能的。因此，以下具体实施方式不限制所公开的示例。相反，所公开的示例的正确范围可由所附权利要求限定。

光学系统可包括各种光学装置(例如，部件)，诸如但不限于光源(例如，激光器)、光学调制器、光学滤波器、光学放大器、光耦接器、波导、光学组合器、光学多路复用器、光学解多路复用器、光学谐振器或光电检测器(例如，光电二极管)。一些光学系统可包括监测包括在一个或多个这种光学部件内的光学信号的光监测电路。对光的这种监测可对校正某些操作参数有用，例如，在存在变化的环境条件或光学装置老化的情况下的偏置条件。

一些光监测电路中所使用的常用技术需要使用一个或多个光学分光器从光学部件中提取光的一小部分。所提取的光可路由到一个或多个单独的光电检测器(例如，光电二极管)，所述一个或多个光电检测器将所提取的光转换成电信号(例如，电流)。对光的这种提取和将所提取的光路由到单独的光电检测器可能导致有用的光学功率的损耗。进一步地，用于将光转换成电信号的光电检测器可能没有正确校准，从而导致光的测量不准确。此外，在具有若干个光学部件(例如，以长链级联的光源、环式谐振器等)的光学系统中，上述光监测技术的使用可能导致光学损耗增加。附加地，上述光监测技术可遭受所使用的各个分光器中分光比的不确定性的影响，即使这些分光器的设计相似。此外，来自分光器的光可以跨越芯片路由到光电检测器，这可能导致功率水平的进一步不确定或不可避免的波导交叉。在一些实施方式中，附加的结构元件(诸如，单独的光电检测器)的使用可能需要附加的空间，从而导致光学系统的总占地面积增加和/或需要对环式谐振器的内部结构和/或效率进行折衷。

根据本文中所呈现的一个或多个示例，提供了一种光学装置(诸如，光学光源)，光学装置包括对光学装置空腔内部的光子密度的芯片上监测而不将光的部分提取到单独的检测器中，由此减少来自光反射的损耗和负面影响。示例光学装置的占地面积是小的，并且与硅上的异质III-V(heterogeneous III-V on Silicon)兼容。

示例光学装置包括发光结构，以在将电施加到光学装置时发射光。进一步地，光学装置包括与光学装置的结构一体形成的波导集成电容器。特别地，波导集成电容器可以是形成在发光结构下方的金属氧化物半导体(MOS)电容器，以在不将光提取出光学装置(例如，提取到发光结构下游的单独的光电检测器)的情况下监测由发光结构发射的光。在一些示例中，波导集成电容器包括携带由发光结构发射的光的至少一部分的波导区域。波导区域包括一个或多个光子吸收位点，所述一个或多个光子吸收位点引起与被限制在波导区域中的光的强度相关的自由电荷载流子的产生，从而导致波导区域的电导变化。

在一些示例中，监测电路可电耦接到光学装置，以监测被限制在光学装置内部的光。特别地，监测电路可在光学装置内的一个或多个监测位点处电耦接到(多个)波导集成电容器，以引起电信号的产生，这些电信号代表包括在光学装置中相应监测位点处的光的强度。使用经由(多个)波导集成电容器产生的电信号，监测电路可被构造成确定光学参数，诸如但不限于光学装置的效率。波导集成电容器的使用可免除需要单独的光电二极管来监测光，从而使得采用所提出的光学装置的光学系统的占地面积紧凑且复杂性降低。

现在参考附图，在图1中，呈现了示例光学装置100。光学装置100可以是光源(诸如，激光器)，光学装置可设置在光学系统(未示出)中以用于产生光并将光提供给光学系统中的其他光学装置。图1的光学装置100可包括电触点102A、102B、102C、发光结构104和波导集成电容器106。在图1中所描绘的示例中，出于图示目的示出了三个电触点102A-102C。在一些其他示例中，光学装置100可包括更少或更多数量的电触点。光学装置100可通过电触点102A-102C中的一个或多个来接收电力和/或参考监测电压。

在通过电触点102A-102C中的一个或多个将电力施加到光学装置100时，发光结构104可发射光。发光结构104可以是(多种)半导体材料的区域，其基于电荷载流子(例如，电子)的激发而产生光，该激发是由于施加的电力跨越发光结构所引起的电场所致。例如，发光结构104可以是二极管，诸如发光二极管。在一些其他示例中，发光结构104可包括异质量子阱(quantum well)结构或量子点(quantum dot)结构以产生光。发光结构104的附加细节结合图5-6来描述。

波导集成电容器106可以是形成在光学装置100的装置结构内的MOS电容器，而不是与传统光学装置一起使用的光电二极管，光电二极管构建在传统光学装置外部并通过引入端口(drop port)接收光。波导集成电容器106可帮助检测包括在光学装置100内的光，而不使光的任何部分转向到光学装置100外部。在一个示例中，波导集成电容器106可包括光子吸收位点(见图2)，这些光子吸收位点可能引起与光学装置100内部的光学信号的强度相关的自由电荷载流子的产生。如将理解的，自由电荷载流子的产生可能导致光学装置的给定区域(例如，波导区域)的电导变化(例如，增加)。该给定区域的电导变化可能引起穿过该给定区域的电流的变化，这可由监测电路(图1中未示出，见图4)来监测。有关示例波导集成电容器(诸如，波导集成电容器106)的附加细节关于图2进行描述。

现在参考图2，呈现了示例光学装置202的截面图200。光学装置202可以是光学装置100的示例代表，并且包括发光结构204和波导集成电容器206。在一些示例中，光学装置202可包括波导区域207、第一缓冲半导体区域208和绝缘层210。波导区域207、第一缓冲半导体区域208和绝缘层210一起限定金属氧化物半导体(MOS)电容器(本文中也称为波导集成电容器206)。特别地，波导区域207用于波导集成电容器206的一部分。绝缘层210可形成在波导区域207和第一缓冲半导体区域208之间，使得绝缘层210可充当两个导电区域(例如，波导区域207和第一缓冲半导体区域208)之间的电绝缘体。

可使用衬底212形成光学装置202。在一些示例中，衬底212可以是绝缘体上硅(SOI)衬底，衬底可包括基础衬底层216、基础氧化物层214和装置层218。基础衬底层216可由半导体材料制成，例如硅(Si)。可用于形成基础衬底层216的材料的其他示例可包括III-V半导体，诸如磷化铟(InP)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷化铟(InAs)或它们的组合。进一步地，如图2中所描绘的，衬底212可包括设置在下层基础衬底层216上的基础氧化物层214。例如，可通过使衬底212氧化来形成基础氧化物层214。在图2的实施方式中，对于由硅制成的基础衬底层216，基础氧化物层214可包括二氧化硅(SiO

进一步地，衬底212可包括设置在基础氧化物层214的顶部上的装置层218。在图2的示例实施方式中，装置层218由硅组成。装置层218可适当地成形(例如，经由诸如光刻和蚀刻之类的技术)以形成一个或多个区域，诸如经由空气沟槽219隔离的波导区域207和非波导区域209。波导区域207在光学装置202的操作期间携带光学信号。在一些示例中，波导区域207可包括第一类型掺杂(例如，p型掺杂)或经补偿掺杂(compensation doped)以产生第一类型的净掺杂。在一个示例中，波导区域207可表示环形或环状光学波导的截面(例如，见图4)。在另一个示例中，波导区域207可表示线性光学波导的截面(例如，见图3)。波导区域207可以是未掺杂的，从而导致对由监测电路(例如，图1中所描绘的监测电路108)施加的参考可变电压的灵敏度的改进。

如在波导区域207的一部分224的放大图222中所描绘的，波导区域207可具有一个或多个光子吸收位点226。如本文中所使用的术语“光子吸收位点”可指代波导区域207的材料块体中的晶体缺陷或瑕疵、波导区域207边界处的表面缺陷、或两者兼有。在一些示例中，光子吸收位点可能是由制造过程中的缺陷造成的。在一些示例中，可有意地产生一些光子吸收位点。光子吸收位点226可吸收光子并引起与在波导区域207内部撞击在其上的光学信号的强度相关的自由电荷载流子的产生。波导区域207的电导取决于自由电荷载流子的量，使得光学信号的增加引起波导区域207的电导增加。

绝缘层210设置在波导区域207和/或非波导区域209上方。特别地，绝缘层210被形成为使得绝缘层210夹在波导区域207和第一缓冲半导体区域208之间。绝缘层210可由一种或多种介电材料形成，包括但不限于波导区域207或第一缓冲半导体区域208或两者的材料的天然氧化物、或者外部介电材料(诸如，高k介电质或聚合物，其可以通过沉积、氧化、晶圆键合或其他介电涂布方法形成)。可以用于形成绝缘层210的介电材料的其他非限制性示例可包括SiO

进一步地，第一缓冲半导体区域208可由半导体材料制成，诸如III-V半导体材料。可用于形成第一缓冲半导体区域208的III-V半导体材料的示例可包括但不限于GaAs、氮化镓(GaN)或氮化铟(InN)。可使用技术(诸如但不限于，沉积、晶圆键合、单片生长或其他制造技术)在绝缘层210上方形成第一缓冲半导体区域208。在一些示例中，第一缓冲半导体区域208可包括不同于第一类型掺杂的第二类型掺杂(例如，n型掺杂)。

发光结构204可代表发光结构104的示例，并且能够基于电荷载流子(例如，电子)的激发而产生光，该激发是由于经由金属触点(稍后描述)施加的电力跨越发光结构204所引起的电场所致。例如，发光结构204可以是二极管，诸如发光二极管。在一些其他示例中，发光结构204可包括异质量子阱结构(见图5)或量子点结构(见图6)以产生光。

发光结构204可形成在第一缓冲半导体区域208的至少一部分上方。特别地，发光结构204可形成在波导区域207上方的第一缓冲半导体区域208的表面上。发光结构204可包括光学增益区域236和第二缓冲半导体区域238。光学增益区域236可形成在波导集成电容器206上方，更特别地，形成在波导区域207上方的第一缓冲半导体区域208的表面上。第二缓冲半导体区域238可形成在光学增益区域236上方。第二缓冲半导体区域238可由半导体材料制成，诸如III-V半导体材料，例如GaAs、GaN或InN。在一些示例中，与第一缓冲半导体区域208相比，第二缓冲半导体区域238可具有不同类型的掺杂。特别地，如果第一缓冲半导体区域包括第二类型(例如，n型)掺杂，则第二缓冲半导体区域238可包括第一类型(例如，p型)掺杂。将缓冲半导体区域208和238形成为具有这种不同类型的掺杂可降低光学装置202内部的光学传播损耗。

此外，在一些示例中，光学装置202可包括第一接触区域228、第二接触区域230和第三接触区域231。出于图示目的，在图2中，接触区域228、230和231被示为由硅制成。在一些其他示例中，接触区域228和230可由其他半导体材料制成，包括但不限于InP、Ge、GaAs、AlGaAs、InGaAs或其组合。第一接触区域228可包括第一类型掺杂并且设置为与波导区域207接触。进一步地，第二接触区域230可包括第二类型掺杂并且设置为与第一缓冲半导体区域208接触。第三接触区域231可包括第一类型掺杂并且设置为与第二缓冲半导体区域238接触。特别地，在一些示例中，第三接触区域231可形成在第二缓冲半导体区域238上方。

此外，在一些示例中，光学装置202可包括金属触点，诸如第一金属触点232、第二金属触点234和第三金属触点235(下文中统称为金属触点232-235)。如图2中所描绘的，第一金属触点232和第二金属触点234分别设置为与第一接触区域228和第二接触区域230电接触(例如，直接物理接触或经由任何中间导电材料)。第三金属触点235设置为与第三接触区域231电接触。在一些示例中，金属触点232、234和235可分别形成在第一接触区域228、第二接触区域230和第三接触区域235的顶部上(即，竖直地形成在它们上方)。用于形成金属触点232和234的材料的示例可包括但不限于铜(Cu)、金(Au)、Al和/或铂(Pt)。在示例中，在光学系统(例如，见图7)中，监测电路可经由相应的金属触点232和234电连接到接触区域228和230。进一步地，为了使光学装置202产生光，可跨越金属触点234和235将操作电力施加到光学装置202。

例如，在操作期间，可跨越金属触点234和235将电力(例如，操作电压)施加到光学装置202。操作电压的施加可能引起通过光学增益区域236产生光。所产生的光的至少一部分可被限制在波导区域207、第一缓冲半导体区域208和光学增益区域236中。对光在波导区域207中的这种限制(也称为模态重叠)允许高效耦接到其中第一缓冲半导体区域208被蚀刻掉以产生激光镜(未示出)的无源区域中、或耦接到光子集成电路中的完全由硅组成的其他装置中，这些其他装置诸如为波导、调制器、检测器、多路复用器、解多路复用器等。

波导集成电容器206帮助监测被限制到波导区域207中的光，而不使用任何外部光电二极管或其他装置(诸如，分光器)。为了监测由发光结构204发射的光，参考电压被施加到第二接触区域230，并且流过第一接触区域的电流被测量。如先前所述，光子吸收位点226可吸收光子并引起与在波导区域207内部撞击在其上的光学信号的强度而相关的自由电荷载流子的产生。波导区域207的电导取决于自由电荷载流子的量，使得光学信号的增加引起波导区域207的电导增加。因此，流过波导集成电容器206的电流可变化。电流的变化与波导区域的电导变化成比例，该电导变化指示由发光结构发射的光。如将了解的，波导集成电容器(诸如，波导集成电容器206)的使用可帮助检测光学装置内的光，而不需要将光的任何部分转向到波导区域207外。进一步地，在一些示例中，波导集成电容器的使用可免除需要单独的光电二极管来监测光，从而使得所提出的光学系统的占地面积紧凑且复杂性降低。此外，在一些示例中，通过使用光学部件中的波导集成电容器和使用公共监测电路，可以在所提出的光学系统中轻松执行任务，诸如操作监测和调试。

转到图3，描绘了示例光学装置302的俯视图300。光学装置302是线性光源(例如，激光器)。光学装置302可以是光学装置202的示例代表，并且可包括与图2中针对光学装置202所描述的材料区域类似的一个或多个材料区域，为了图示的简单性，在图3中并未描绘所有这种区域。在一些示例中，代替具有连续接触区域(诸如，沿着图2的波导区域207周向的接触区域228)的是，可将接触区域分割成多个区段以允许在光学装置302内部的相应位置处监测光强度。例如，光学装置302可以包括接触区域，诸如接触区域304、306和接触区域区段308A、308B和308C。出于图示目的，在图3的俯视图300中，描绘了接触区域304、306、波导区域307和接触区域区段308A、308B和308C。尽管光学装置302被示为包括三个接触区域区段308A-308C，但是在本公开的范围内设想使用更少或更多数量的接触区域区段。光学装置302可在沿着光学装置302的长度“L”的若干个位置处具有与图2中所描绘的相同截面，更具体地，当在接触区域区段308A、308B和308C的位置处截取时。例如，沿着接触区域区段308B在示例位置3-3处截取的光学装置302的截面可看起来类似于图2中所描绘的截面图200。而且，光学装置302可包括金属触点(未示出)，这些金属触点设置为与接触区域304、306和接触区域区段308A-308C中的每一者接触。

接触区域304和306是图2的接触区域230和231的示例代表，并且与接触区域228和231类似地设置。特别地，接触区域304设置为沿着光学装置302的长度与光学装置302的波导集成电容器的第一缓冲半导体区域(未示出)接触。接触区域306设置在光学装置302的发光结构的第二缓冲半导体区域(类似于第二缓冲半导体区域238，未示出)上方。进一步地，接触区域区段308A-308C代表图2的接触区域228。特别地，接触区域区段308A-308C彼此物理地和/或电气隔离，并且设置在波导区域307上方。

在一个示例中，为了测量光学装置302内部的光，可将参考正弦电压施加到接触区域304，并且可经由监测电路(未示出)监测流过接触区域区段308A-308C中的一个或多个的电流。如先前所述，以与参考波导区域207所描述的类似方式，波导区域307内部的光强度变化也可能引起波导区域307的电导变化。因此，流过光学装置302的波导集成电容器的电流可以变化。电流的变化与波导区域307的电导变化成比例，该电导变化指示由发光结构发射的光。对通过接触区域区段308A-308C的电流的测量可指示在相应的接触区域区段的位置处包括在波导区域内部的光强度。

现在参考图4，呈现了示例光学装置402的俯视图400。光学装置402可以是环形光源(例如，环式激光器)。光学装置402可以是光学装置202的示例代表，并且可包括与图2中针对光学装置202所描述的材料区域类似的一个或多个材料区域，为了图示的简单性，在图4中并未描绘所有这种区域。在图4中所示的示例实施方式中，光学装置402被示为包括耦接波导401和环式激光波导403。耦接波导401可设置为邻近于并且渐逝地耦接到环式激光波导403。耦接波导401可包括输出端口405A和405B。在环式激光波导403中产生的光可耦接到耦接波导401中，并且可以经由输出端口405A和405B中的一者或两者供应给其他光学装置(未示出)。在一些示例中，环式激光波导403可包括波导集成电容器(诸如，图2中所示的波导集成电容器206)以检测环式激光波导403内部的光强度。在一些示例中，耦接波导401和环式激光波导403两者都可包括波导集成电容器。

以与图3中所描述的类似方式，在光学装置402中，接触区域中的一个或多个可被分割成多个区段，以允许在光学装置402内部的相应位置处监测光强度。例如，光学装置402可包括接触区域，诸如接触区域404、406和接触区域区段408A、408B和408C。代替具有单个接触区域(诸如，沿着图2的波导区域207周向的接触区域228)的是，光学装置402包括接触区域区段408A、408B和408C。出于图示目的，在图4的俯视图400中，描绘了接触区域404、406、波导区域407和接触区域区段408A、408B和408C。尽管光学装置302被示为包括三个接触区域区段408A-408C，但是在本公开的范围内设想使用更少或更多数量的接触区域区段。光学装置402也可在沿着环式激光波导403的环面的若干个位置处具有与图2中所描绘的相同截面，更具体地，当在接触区域区段408A、408B和408C的位置处截取时。例如，沿着接触区域区段408B在示例位置4-4处截取的光学装置402的截面可看起来类似于图2中所描绘的截面图200。而且，光学装置402可包括金属触点(未示出)，这些金属触点设置为与接触区域404、406和接触区域区段408A-408C中的每一者接触。

接触区域404和406是图2的接触区域230和231的示例代表，并且以与接触区域230和231类似的方式设置。特别地，接触区域404设置为沿着光学装置402的环面与光学装置402的波导集成电容器的第一缓冲半导体区域(未示出)接触。进一步地，接触区域406设置在光学装置402的发光结构的第二缓冲半导体区域(类似于缓冲半导体区域238，未示出)上方。进一步地，接触区域区段408A-408C代表图2的接触区域228。特别地，接触区域区段408A-408C彼此物理地隔离，并且沿着波导区域407的周向设置在波导区域407上方。

在一个示例中，为了测量光学装置402内部的光，可将参考正弦电压施加到接触区域404，并且可经由监测电路(未示出)监测通过接触区域区段408A-408C中的一个或多个的电流。如先前所述，以与参考波导区域207所描述的类似方式，波导区域407内部的光强度变化也可能引起波导区域407的电导变化。因此，流过光学装置402的波导集成电容器的电流可变化。电流的变化与波导区域的电导变化成比例，该电导变化指示由发光结构发射的光。对通过接触区域区段408A-408C的电流的测量可指示在相应的接触区域区段的位置处包括在波导区域内部的光强度。

图5描绘了根据示例的光学装置502的截面图500。图5的光学装置502可代表图2的光学装置202的一个示例，并且可包括在一个或多个方面与图2中所描述的结构元件类似的一个或多个结构元件—为简洁起见，本文中不再重复对它们的描述。例如，在图5中，光学装置502被示为包括发光结构504、波导集成电容器506、波导区域507、第一缓冲半导体区域508、绝缘层510、衬底512(具有基础衬底层516、基础氧化物层514和装置层518)、非波导区域509、接触区域528、530、以及金属触点532、534。

进一步地，发光结构504可包括光学增益区域536、第二缓冲半导体区域538、接触区域531和金属触点535。波导区域507和非波导区域509形成在衬底512的装置层518中。波导区域507包括类似于图2中所示的光子吸收位点226的光子吸收位点(未示出)。绝缘层510设置在波导区域507和/或非波导区域509上方。进一步地，第一缓冲半导体区域508形成在绝缘层510上方。发光结构504可形成在第一缓冲半导体区域508的至少一部分上方。特别地，发光结构504可形成在波导区域507上方的第一缓冲半导体区域508的表面上。

在图5的示例中，发光结构504中的光学增益区域536包括量子阱结构。在图5中，光学增益区域536被示为包括量子阱区域540。特别地，量子阱区域540由不同成分和掺杂的若干个III-V层制成以提供横向载流子(电子和空穴)限制，并且也称为分离限制异质结构(separate confinement heterostructures，SCH)和量子阱(QW)或称为有源区域。在量子阱区域540中，载流子被限制在一个维度中，但可以在其他两个维度中运动。由通过光学增益区域536的电流引起的量子阱区域540中的载流子分布促进了在接近构成量子阱区域540的材料带隙的波长下的光产生或光学增益。

图6描绘了示例光学装置602的截面图600。图6的光学装置602可代表图2的光学装置202的一个示例，并且可包括在一个或多个方面与图2中所描述的结构元件类似的一个或多个结构元件—为简洁起见，本文中不再重复对它们的描述。例如，在图6中，光学装置602被示为包括发光结构604、波导集成电容器606、波导区域607、第一缓冲半导体区域608、绝缘层610、衬底612(具有基础衬底层616、基础氧化物层614和装置层618)、非波导区域609、接触区域628、630、以及金属触点632、634。发光结构604可包括光学增益区域636、第二缓冲半导体区域638、接触区域631和金属触点635。波导区域607和非波导区域609形成在衬底612的装置层618中。波导区域607可包括类似于图2中所示的光子吸收位点的光子吸收位点(未示出)。绝缘层610设置在波导区域607和/或非波导区域609上方。进一步地，第一缓冲半导体区域608形成在绝缘层610上方。发光结构604可形成在第一缓冲半导体区域608的至少一部分上方。特别地，发光结构604可形成在波导区域607上方的第一缓冲半导体区域608的表面上。

在图6的示例中，发光结构604中的光学增益区域636包括量子点结构。在图3中，光学增益区域636被示为包括量子点区域640。量子点区域640由不同成分和掺杂的若干个III-V层制成以提供横向载流子(电子和空穴)限制，并且也称为SCH、量子点或有源区域。特别地，量子点区域640被限制在三个维度中，并且像原子一样具有离散的能量谱(energyspectrum)。由通过光学增益区域636的电流引起的量子点区域640中的载流子分布促进了在接近构成量子点区域640的材料带隙的波长下的光产生或光学增益。

图7呈现了示例光学系统700。光学系统700可包括能够产生光的光学装置(诸如，光学装置202)以及用以监测光学装置100内部的光的监测电路702。在一些示例中，在不限制本公开的范围的情况下，光学系统700可包括多于一个光学装置。

如先前所述，光学装置202包括：发光结构204，发光结构产生光；以及波导集成电容器206，波导集成电容器帮助检测光学装置202内部的光强度而不将光提取到波导区域207外部。在对波导集成电容器206两端施加电压时，光子吸收位点226可能引起与光学装置内部的光学信号的强度相关的自由电荷载流子的产生。如将理解的，自由电荷载流子的产生可能导致相应的光学部件内的给定区域(例如，波导区域207)的电导变化(例如，增加)。该给定区域的电导变化可能引起穿过该给定区域的电流的变化，电流的变化可由监测电路702监测。

监测电路702可在一个或多个监测位点处电耦接到波导集成电容器206。在一些示例中，监测电路702可能引起波导集成电容器206产生指示监测点处的光强度的电信号。为了实现电信号的产生，在一些示例中，监测电路702可包括锁定放大器(lock-inamplifier)708和前置放大器710。在一些示例中，锁定放大器708可产生参考可变电压信号，例如正弦信号。对于给定的波导集成电容器，锁定放大器708可基于该给定的波导集成电容器中的波导区域的电导和该给定的波导集成电容器的电容来确定参考可变电压信号的频率。在一个示例中，锁定放大器708可基于等式(1)的示例关系来确定参考可变电压信号的频率(F

其中，G

监测电路702可将频率为F

监测电路702可测量通过波导集成电容器206的电信号(例如，电流)，电信号进而代表包括在波导区域207内部的光的强度。在一些示例中，监测电路702从波导集成电容器206接收到的电流的强度可能是弱的。前置放大器710可放大电流以供锁定放大器708进一步处理。

图8描绘了示例多芯片模块800的框图。在一些示例中，多芯片模块800被实施为电子系统内的子系统，电子系统为诸如但不限于计算机(固定的或便携式的)、服务器、存储系统、无线接入点、网络交换机、路由器、扩展坞、打印机或扫描仪。这种电子系统可提供作为独立产品、打包的解决方案，并且可以在一次性完整产品/解决方案购买或按使用付费或消费的基础上利用。在示例实施方式中，多芯片模块可包括安装在电路板806上的至少一个电子芯片(诸如，电子芯片802)和至少一个光子芯片(诸如，光子芯片804)。电路板806可以是印刷电路板(PCB)，其包括若干条导电迹线(未示出)以将电子芯片802和光子芯片804彼此互连以及与设置在电路板806上或外部的其他部件互连。电子芯片802的非限制性示例可包括IC芯片，诸如但不限于专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)芯片、处理器芯片(例如，中央处理单元和/或图形处理单元)、存储器芯片、无线通信模块芯片、电源芯片或模块、电子装置(诸如，电容器、电感器、电阻器等)。在一个示例中，电子芯片802可被构造成操作为光子控制器。在多芯片模块800的操作期间，电子芯片802可被构造成将数据和/或控制信号发送到光子芯片804以及从光子芯片804接收数据和/或控制信号。

光子芯片804可包括一个或多个光学装置，诸如但不限于光学检测器、光学滤波器、光缆、波导、光学调制器、光源(例如，激光器)等。光子芯片804可用作用于从电子芯片接收到的数据和控制信号的光学接收器、光学发射器、光学收发器、光学通信和/或处理介质。在一些示例中，例如，光子芯片804可包括如图2中所描绘的光学装置202，为简洁起见，本文中不再重复对其的描述。在本公开的范围内还设想在光子芯片804中使用其他光学装置，诸如光学装置102、302、402、502或602。进一步地，在一些示例中，电子芯片802还可用作监测电路(诸如，图7中所描述的监测电路702)，以监测光子芯片804的光学装置202内部的光。在某些其他示例中，多芯片模块800可包括用作监测电路702的附加电子芯片或电路。

图9描绘了形成光学装置(诸如，图1的光学装置100)的示例方法900。出于图示目的，结合图1来描述方法900，然而，本文中所描述的方法步骤也可应用于上文中所描述的其他示例光学装置。

在框902处，提供衬底。在一个示例中，衬底可以是SOI衬底。进一步地，在框904处，可使用衬底形成波导集成电容器，诸如波导集成电容器106，其中，该波导集成电容器可包括波导区域，该波导区域包括一个或多个光子吸收位点。光子吸收位点可以是波导区域的材料块体中的缺陷、波导区域边界处的表面缺陷、或两者兼有。在一些示例中，光子吸收位点可能是由制造过程中的缺陷造成的。在一些示例中，可有意地产生光子吸收位点。进一步地，在框906处，可在波导集成电容器上方形成发光结构(诸如，发光结构104)，其中，该发光结构在将电施加到光学装置时发射光。形成波导集成电容器和发光结构的附加细节结合图10来描述。波导区域包括由发光结构产生的光的至少一部分，并且光子吸收位点引起与被限制在波导区域中的光的强度相关的自由电荷载流子的产生，从而导致波导区域的电导变化。

现在参考图10，形成光学装置(诸如图2的光学装置202)的示例方法1000(。出于图示目的，结合图2来描述方法1000，然而，本文中所描述的方法步骤也可应用于上文中所描述的其他示例光学装置。

在框1002处，可提供衬底，诸如衬底212。衬底212可以是SOI衬底，其具有基础衬底层216、基础氧化物层214和装置层218。进一步地，在框1004处，可使用衬底212来形成波导集成电容器，诸如波导集成电容器206。在一个示例中，形成波导集成电容器206可包括：在框1006处，将波导区域207和非波导区域209形成到衬底212中。如先前所述，在一些示例中，缺陷被有意地形成到波导区域207中以具有光子吸收位点，诸如光子吸收位点226。在一些情况下，光子吸收位点226是由制造过程中的缺陷引起的。进一步地，在一些示例中，波导区域207可以是轻掺杂的，以实现第一类型掺杂。特别地，可通过以下方式来形成波导区域207和非波导区域209：光刻地限定和掩蔽(masking)用于波导区域207和非波导区域209的区域，且然后化学地和/或机械地蚀刻未掩蔽的区域。进一步地，形成波导集成电容器206可包括：在框1008处，在波导区域207和非波导区域209上方形成绝缘层210。例如，可使用热生长技术和/或使用沉积技术来形成绝缘层210，诸如化学气相沉积(CVD)。此外，形成波导集成电容器206可包括：在框1010处，使用热生长技术和/或使用沉积技术(诸如，例如CVD)或晶圆键合在绝缘层210上方形成第一缓冲半导体区域208。

此外，在一些示例中，方法1000可包括：在框1012处，在波导集成电容器206上方形成发光结构(诸如，发光结构204)。可通过形成光学增益区域(诸如，光学增益区域236)和第二缓冲半导体区域(诸如，缓冲半导体区域238)来形成发光结构204。例如，在框1014处，可在第一缓冲半导体区域208上方形成光学增益区域236。如早前所描述的，光学增益区域236可包括量子阱结构(见图5)或量子点结构(见图6)。特别地，在一些示例中，可使用技术(诸如但不限于，例如热生长或CVD、晶圆键合(wafer bonding)、分子束外延(MBE))在波导区域207上方的第一缓冲半导体区域208的顶表面上形成光学增益区域236。进一步地，在框1016处，可使用用于形成第一缓冲半导体区域208的类似技术在光学增益区域236上方形成第二缓冲半导体区域238。

此外，在一些示例中，在框1018处，可形成一个或多个接触区域，诸如接触区域228、230和231。接触区域228、230和231可使用技术(诸如但不限于，热生长和/或CVD、晶圆键合、MBE)并用相应的杂质执行掺杂来形成。例如，接触区域228和231经掺杂以包括第一类型掺杂，并且接触区域230经掺杂以包括第二类型掺杂。进一步地，在一些示例中，在框1020处，分别在接触区域228、230和231上方形成金属触点，诸如金属触点232、234和235。

本文中所使用的术语是用于描述特定示例的目的，而并不旨在进行限制。除非上下文另有明确指示，否则如本文所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。如本文所使用的术语“另一个”被定义为至少是第二或更多。除非另有指示，否则如本文所使用的术语“耦接到”被定义为连接的，无论是没有任何介入元件的直接耦接还是利用至少一个介入元件的间接耦接。例如，两个元件可机械地、电气地、光学地彼此耦接，或通过通信信道、路径、网络或系统而通信地链接。进一步地，如本文中所使用的术语“和/或”是指并涵盖相关联列举项目的任何和所有可能的组合。还将理解，虽然术语第一、第二、第三等可在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制，因为除非另有陈述或上下文另有指示，否则这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。如本文中所使用的，术语“包括(includes)”意指包括但不限于，术语“包括(including)”意指包括但不限于。术语“基于”意指至少部分地基于。

虽然上文已示出和描述了某些实施方式，但是可对形式和细节作出各种改变。例如，已关于一个实施方式和/或过程描述的一些特征和/或功能可能与其他实施方式有关。换言之，关于一个实施方式所描述的过程、特征、部件和/或性质在其他实施方方式中可以是有用的。此外，应了解，本文中所描述的系统和方法可包括所描述的不同实施方式的部件和/或特征的各种组合和/或子组合。此外，在各种方法中所描述的方法框可串行、并行或串行与并行组合来执行。进一步地，方法框也可按与流程图中所描绘的不同顺序来执行。

进一步地，在前面的描述中，阐述了众多细节以提供对本文中所公开的主题的理解。然而，可在没有这些细节中的一些或全部的情况下实践实施方式。其他实施方式可包括对上文所讨论的细节的修改、组合和变化。所附权利要求旨在涵盖这种修改和变化。