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CN108254070A - 边缘耦合的半导体光电探测器 - Google Patents

边缘耦合的半导体光电探测器 Download PDF

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CN108254070A CN201711125727.2A CN201711125727A CN108254070A CN 108254070 A CN108254070 A CN 108254070A CN 201711125727 A CN201711125727 A CN 201711125727A CN 108254070 A CN108254070 A CN 108254070A
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Abstract

本申请涉及边缘耦合的半导体光电探测器。公开了一种用于监测来自激光二极管的功率的器件。该器件包括具有顶表面和与顶表面垂直的第一面的基板，其中，光通过第一面进入基板。该器件还包括第二面，沿与第一面非正交的光轴通过第一面进入基板的光入射到第二面上。该器件还包括制造在基板的顶表面上的光电二极管，光电二极管用于测量沿与第一面非正交的光轴进入基板的第一面的光的强度。沿与第一面非正交的光轴通过第一面进入基板的光被第二面朝光电二极管的光活性区域反射。

Description

边缘耦合的半导体光电探测器
技术领域
本申请一般而言涉及用于监测来自激光二极管的功率的半导体器件(例如，光电探测器)。在一些实施例中，半导体器件被用在光通信中。
背景技术
光通信(还被称为光通讯)是使用光来承载信息的一定距离的通信。光通信系统使用将消息编码到光信号中的发射器、将该信号承载到它的目的地的信道以及复现来自接收到的光信号的消息的接收器。
光纤是用于光通信的最常见类型的信道。光纤通信中的发射器通常为激光二极管。可以使用红外光或可见光，尽管红外光更常用，因为红外光将以与可见光相比较低的衰减和色散通过光纤传输。信号编码通常是简单的强度调制，但是光相位和频率调制也是可能的。
如下文更加详细地解释的，工作条件的自然变化影响激光二极管的光功率输出。如图1所示，常规发射器100使用顶侧耦合的光电二极管102来检测激光背光(从激光二极管104的背面发射的光)的强度，以作为监测和控制光输出功率的反馈信号。常规的封装方法将光电二极管102相对于激光二极管104置于L形构造当中，以使得从激光二极管104发射的光入射到光电二极管102的顶侧上。这个方法的一个问题在于它需要大块的并且昂贵的“围绕”子安装件(sub-mount)106。
发明内容
本文描述的实施例包括光电二极管器件(例如，包括光电二极管的芯片)，该光电二极管器件可以与激光二极管一起被安装到子安装件的单个平表面上，其中，该光电二极管器件监测该激光二极管的光功率输出。为此目的，光电二极管器件包括制造在基板上的光电二极管。有时被称为监测光电二极管或边缘耦合的监测光电二极管的光电二极管器件通过基板的第一面(有时被称为基板的侧表面或边缘表面)接收光，并且将接收到的光从第二面(例如，基板的通过蚀刻形成的面)反射向光电二极管的光活性区。光电二极管器件被设计为以非正交角通过第一面接收光，以使得反射光不会被反射回激光二极管。
本文描述的实施例还提供了一种组件，该组件包括如上一段描述的光电二极管器件以及光电二极管器件正在监测其光功率输出的激光二极管。在一些实施例中，激光二极管是光通信系统中的发射器(例如，激光二极管经由光纤向远程目的地发射调制光)。光电二极管器件(在一些实施例中不是倒装芯片(flip-chip))与激光二极管被设置在子安装件的同一平坦公共表面上。光电二极管器件沿垂直于子安装件的平坦表面的轴相对于激光二极管旋转，以使得光电二极管的光轴与由激光二极管产生的光的主传播方向对准。在一些实施例中，该组件被设置在晶体管外形封装(更通常被称为TO封装或者更具体而言TO罐)内。
附图说明
图1是具有“围绕”子安装件的光发射器的一部分的透视图。
图2A示出了根据一些实施例的激光二极管和激光二极管控制器。
图2B描绘了根据一些实施例的激光二极管的驱动电流和光输出功率之间的关系图。
图3示出了根据一些实施例的光电二极管芯片。
图4示出了根据一些实施例的光电二极管芯片的截面图。
图5示出了根据一些实施例的从激光二极管发射的光的光学性质。
图6A-图6B示出了根据一些实施例的包括激光二极管和光电二极管的组件的各种视图。
在各附图中相同的附图标记指代对应的部分。
具体实施方式
(A1)为了解决上文指出的问题，一些实施例提供了一种用于监测光功率强度的器件。该器件包括基板。基板具有顶表面、光进入基板所通过的与顶表面垂直的第一面以及第二面，沿与第一面非正交的光轴通过第一面进入基板的光入射到第二面上。该器件还包括制造在基板的顶表面上的光电二极管，该光电二极管用于测量沿与第一面非正交的光轴进入基板的第一面的光的强度。沿与第一面非正交的光轴通过第一面进入基板的光被第二面朝光电二极管的光活性区域反射。
(A2)在A1的器件的一些实施例中，第一面是基板的侧表面。
(A3)在A1-A2的任一者的器件的一些实施例中，其中第一面是基板的解理面(cleavage plane)。
(A4)在A1-A3的任一者的器件的一些实施例中，第二面是被蚀刻到基板中的面。
(A5)在A1-A4的任一者的器件的一些实施例中，光轴平行于基板的顶表面。
(A6)在A1-A5的任一者的器件的一些实施例中，非正交预定方向偏离第一面的法向至少7度。
(A7)在A1-A6的任一者的器件的一些实施例中，在工作条件下，沿该光轴通过第一面进入基板的光受到第二面的全内反射。
(B1)为了进一步解决上文指出的问题，一些实施例提供了一种组件。该组件包括具有安装表面的子安装件(sub-mount)。激光二极管被安装在子安装件的安装表面上。激光二极管具有主要沿第一方向发射光的背面。该组件包括安装在子安装件的安装表面上的光电二极管芯片。光电二极管芯片包括具有顶表面和与顶表面垂直的第一面的基板，从激光二极管的背面发射的光通过第一面入射。光电二极管芯片相对于激光二极管的背面旋转，以使得来自激光二极管的背面的主要沿第一方向发射的光沿光电二极管芯片的与第一面非正交的光轴通过第一面进入基板。光电二极管芯片包括第二面，沿非正交的光轴通过第一面进入基板的光入射到第二面上。该组件还包括制造在基板的顶表面上的光电二极管，该光电二极管用于测量沿非正交的光轴通过第一面进入基板的光的强度。沿非正交的光轴通过第一面进入基板的光被第二面朝光电二极管的光活性区域反射。
(B2)在B1的组件的一些实施例中，基板的底表面被安装到子安装件的安装表面。
(B3)在B1和B2的任一者的组件的一些实施例中，光电二极管芯片基于来自激光二极管的背面的进入光电二极管的基板的光的测量的强度来监测从激光二极管的正面(front facet)发射的光的强度。
(B4)在B1到B3的任一者的组件的一些实施例中，该组件还包括用于基于来自激光二极管的背面的进入基板的光的测量的强度而使从激光二极管的正面发射的光的强度稳定的反馈电路。
(B5)在B1到B4的任一者的组件的一些实施例中，第一面是基板的侧表面。
(B6)在B1到B5的任一者的组件的一些实施例中，第一面是基板的解理面。
(B7)在B1到B6的任一者的组件的一些实施例中，第二面是被蚀刻到基板中的面。
(B8)在B1到B7的任一者的组件的一些实施例中，激光二极管的背面与子安装件的安装表面垂直。
(B9)在B1到B8的任一者的组件的一些实施例中，基板的第一面垂直于子安装件的安装表面。
(B10)在B1到B9的任一者的组件的一些实施例中，基板的顶表面与子安装件的表面平行。
(B11)在B1到B10的任一者的组件的一些实施例中，光电二极管芯片的第一面在子安装件的安装表面的平面中相对于激光二极管的背面旋转至少7度。
(B12)在B1到B11的任一者的组件的一些实施例中，在工作条件下，来自激光二极管的背面的通过第一面进入基板的光受到第二面的全内反射。
(B13)在B1到B12的任一者的组件的一些实施例中，光电二极管芯片具有A1-A7的器件的特征中的任何特征。
现在将详细参考各种实施例，这些实施例的示例在附图中示出。在以下详细描述中，阐述了很多具体细节，以便提供对本公开以及本文描述的实施例的透彻理解。但是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文描述的实施例。在其他实例中，没有详细描述公知的方法、过程、部件和机械设备，以免对实施例的方面造成不必要的模糊。
图2A示出了根据一些实施例的激光二极管200和激光二极管控制器202。有时被称为边缘发射激光器或者边缘发射激光二极管的激光二极管200具有发射要被发射的相干光的正面以及背面，该相干光通常被发射到诸如光纤212之类的光纤部件中。从背面发射的光由包括光电二极管的光电二极管芯片216接收。光电二极管产生影响光电二极管电流IPD的幅度的光电流。光电二极管电流IPD用于持续地监测由激光二极管200输出的光功率。一般而言，由正面输出的光功率的量与由背面输出的光功率成正比：
Pff＝Pbf/K (1)
在上面的等式中，Pff是从正面输出的光功率，Pbf是从背面输出的光功率，K是比例常数。虽然K通常比1小得多(例如，具有处于0.05和0.15之间的值)，但是光电二极管接收到的背面功率的量根据封装的不同差别很大，因此光电二极管接收到的背面功率的量一般是针对每个激光二极管单独校准的。
在一些实施例中，激光二极管200、光电二极管芯片216和出射光纤212(或者用于容纳出射光纤212的机构)都被安装在子安装件218的公共安装表面(例如，平的安装表面)上。在一些实施例中，子安装件218包括用于使激光二极管200保持在指定温度的固态热电致冷器。
参考图2B，激光二极管200的光输出功率是激光二极管200的驱动电流的非线性函数(例如，为分段线性函数直至高功率饱和为止)。具体而言，当正向偏置电流被施加到半导体激光器时，半导体激光器开始按照与发光二极管(LED)类似的方式发射光。这种类型的发射被称为自发发射，因为它由于激光二极管200的腔中的激发原子而随机发生，并且有时被称为非激光工作模式。非激光工作模式下的光输出功率通常非常低，与激光二极管在激光工作模式下工作时的光输出功率相比接近于零。
在文中被称为阈值电流ITH的某一驱动电流处，激光二极管200的将电流转化为光的效率急剧提高。这是激光二极管200从非激光工作模式变为激光工作模式(在激光工作模式中光的发射是受激的而非自发的)的点。
虽然各个种类的激光二极管都将具有处于电流的同一大致范围中的阈值，但是阈值电流ITH在同一类型的激光二极管之间差别很大，并且还随着激光二极管的温度和年龄而变化。例如，一些激光二极管的阈值电流随着温度的变化可以发生多达百分之五十或更多的变化。这种温度敏感性的影响是在给定驱动电流处，激光二极管在某一温度下可能在它的推荐水平以上工作，而在另一温度下甚至可能不发出激光。
当激光二极管200在激光模式下(即，在超过阈值电流的驱动电流处)工作时，存在确定激光二极管200的效率的特征斜率。更具体而言，每个激光二极管的“斜率效率”等于当在激光模式下工作时激光二极管的光输出功率的变化与驱动电流的变化之比。斜率效率随着激光二极管的不同而不同，并且还随着二极管的温度和年龄而变化。
因而，为了保持对于调制传输信号的编码和恢复而言关键的可预测光输出功率，通过控制驱动电流的反馈电路来对输出功率进行监测并使输出功率稳定是必要的。
二极管激光器的“工作点”或偏置电流IOP一般被设置为使得该偏置电流在激光工作模式的电流范围内，并且使得当该电流由输入信号调制时，激光二极管保持在激光模式中。因此，如果输入信号在工作点以下的最大变化为MV，那么工作点必须大于ITH+MV。此外，工作点必须被设定得足够高，从而使接收光电二极管将能够接收到所发射的光，但是工作点一定不能被设定得高到使激光二极管烧毁。
返回参考图2A，二极管控制器202包括耦接至电位计222或者某个其他类似机构的反馈电路220，以用于对激光二极管200的工作点进行调整。用户通常在对激光二极管控制器202上电之前(例如，通过调整电位计222)下调反馈电路220的增益，并且然后向上调整该增益直至实现期望的光输出功率量为止。在使用电位计222来校准激光二极管控制器202之后，通过电容器224将所发射的信号221叠加到激光二极管200的工作点电流IOP上，从而形成驱动电流IDR，并且由此调制激光二极管200的输出功率。一些模拟控制器采用多个电位计来分开设置阈值电流、工作偏置电流和背面光电二极管反馈控制。在一些实施例中，以自动化方式执行激光二极管200和激光二极管控制器202(包括反馈电路220)的校准。
图3-图4应当一起来看。图3示出了根据一些实施例的光电二极管芯片300。图4示出了根据一些实施例的光电二极管芯片300的截面图。如下文所描述的，本文描述的光电二极管芯片既包括光电二极管又包括将光朝光电二极管的光活性区域引导的光学部件。在一些实施例中，一旦光进入了光电二极管芯片，光就被内部引导直到它入射到光电二极管的光活性区域上为止。光学部件是光在其上被反射和/或光通过其被透射和/或折射的任何事物。在一些实施例中，光电二极管芯片的光学部件包括光电二极管芯片的面(用于反射、透射和折射)以及可以包括基板的主体(bulk)介质(例如，光的传输介质)，光电二极管被制造在该基板上。
出于该目的，如图3所示，光电二极管芯片300(光电子器件)包括基板302(例如，诸如磷化铟(InP)基板之类的半导体基板)。基板302具有顶表面304和与顶表面304垂直的第一面306，光通过第一面进入基板302。第一面306有时被称为光电二极管芯片300的侧表面或者边缘表面，光电二极管芯片300可以被称为监测光电二极管或者边缘耦合的监测光电二极管，因为它监测经由监测光电二极管的边缘表面接收到的光。由于光电二极管芯片300及其光电二极管308是使用半导体元件实现的，因此它可以被称为半导体光电探测器或者边缘耦合的半导体光电探测器。
如图4所示，光电二极管芯片300包括第二面400。参考图3和图4两者，沿不与第一面306正交的光轴S通过第一面306进入基板302的光入射到第二面400上。方向n指示与第一面306正交的方向。光电二极管芯片300包括在基板302的顶表面304上制造的光电二极管308，光电二极管308用于测量沿与第一面306非正交的光轴S进入基板302的第一面306的光的强度。在一些实施例中，沿非正交的光轴S入射到第一面306上的光从第一面306通过基板302传播至第二面400。然后该光由第二面400朝着光电二极管308的光活性区域反射(例如，在基板302内被反射)。在一些实施例中，沿非正交的光轴S接收到的光通过第一面306进入基板302、入射到第二面400上、并且被第二面400朝光电二极管308的光活性区域的中心反射。
在一些实施例中，光轴S平行于基板302的顶表面304(例如，光轴S平行于子安装件的表面的平面，如参考图6A-图6B所示)。
在一些实施例中，光轴S偏离与第一面306正交的方向n至少7度。更一般地，光轴S偏离与第一面306正交的方向n的角度处于5度-30度之间。换言之，在一些实施例中，在与基板302的顶表面304平行的平面中，光轴S和与第一面306正交的方向n之间的角度为至少7度，并且更一般而言处于5度和30度之间。由于光轴S不与法向n对准，因此由第一面306反射的光(而不是透射到基板302中的光)未被反射回其源头(例如，激光二极管)，因而避免了对光源(例如，激光二极管)的损害。方向n是与第一面306正交的方向，并且有时被描述为第一面306的法向。
术语“光轴”是指器件(例如，光电二极管芯片300)被设计为沿其接收光的轴。例如，光电二极管芯片300被设计为使得在第一面306的进入点或进入区沿光轴入射的光线被追踪(例如，通过光电二极管芯片300的物理构造被光学路由)至光电二极管308的光活性区域(例如，光电二极管308的中心区域)。换言之，沿光电二极管芯片的光轴入射到光电二极管芯片上的光被光电二极管芯片的物理构造引导至光电二极管308的光活性区域(并且在光电二极管308的光活性区域处被接收)，并且通常被引导至光电二极管308的中心区域。因此，光轴S是器件的特征或特性(沿其接收光的所意图的或者设计的方向)。
在一些实施例中，当光电二极管芯片300被合并到组件中时(如本文档其它地方描述的)，光电二极管芯片300相对于激光二极管被放置和/或旋转以使得激光二极管的光的主传播方向与光电二极管芯片300的光轴S对准。例如，在组件中，光电二极管芯片300监测从激光二极管的背面发射的光的强度(例如，光电二极管芯片300是用于该激光二极管的光电探测器)。在该组件中，从激光二极管的背面发射的光具有与光轴S对准的主传播方向，光电二极管芯片300被设计为沿该光轴S接收光。
当然，由于折射和反射，主传播方向随着光移动通过该器件而改变。例如，当光沿光轴S进入第一面306时，由于基板302的内部与外部的折射率的差异，因此光在基板302内被折射。因此，沿光轴S刚进入基板302的光沿不同于光轴S的方向传播。
如图5所示，在一些情况下，由激光二极管500发射的光将具有射束发散度θ(例如，光将被成形为类似于锥形)。尽管从激光二极管发射的光具有射束发散度，但是出于本公开的目的，认为从激光二极管发射的光(从背面或从正面发射的光)具有单个主传播方向。例如，激光二极管500沿主传播方向D从背面502发射光。但是，并非所有从背面502发射的光都沿主传播方向D传播。例如，从背面502发射的光还包括沿不同于主传播方向D的方向传播的光线D1和D2。实际上，激光二极管产生的光一般将具有平滑空间衰减分布504(例如，高斯分布)。出于本公开的目的，认为光束具有覆盖区(或边界)，该覆盖区被定义为使得95％的光被包含在覆盖区内。
光束的主传播方向D可以按照任何数量的方式被定义和/或确定。例如，主传播方向是光束的具有最大能量通量的方向或者光束的具有平均能量通量的方向。事实上，平均能量通量方向和最大能量通量方向之间的差异或者计算主传播方向的任何其他合理的方式之间的差异将是微小的，并且很可能在器件设计的容差以内。术语“主传播方向”描述了光束的特性。同样地，当光被描述为“主要沿第一方向”发射或行进时，光的主传播方向是第一方向。
返回到图3-图4，在一些实施例中，第一面306是光的进入面。在一些实施例中，第一面306被涂覆有防反射涂层。在一些实施例中，第一面306是基板302的侧表面。在一些实施例中，第一面306是基板302的解理面(例如，基板302的晶面)。
在一些实施例中，第二面400相对于顶表面304(例如，以在0度-90度之间但不包含端点的角度)倾斜。在一些实施例中，第二面400相对于光在基板302内的主传播方向倾斜。在一些实施例中，第二面400是基板302的蚀刻出的表面(例如，第二面400是通过蚀刻基板302的顶表面304的一部分而产生的)。在一些实施例中，第二面400是通过对基板302使用湿法蚀刻工艺而形成的，其中该湿法蚀刻工艺是各向异性的(例如，该蚀刻工艺具有一个或多个优选晶向，该一个或多个优选晶向确定第二面400相对于基板302的顶表面304的朝向)。在蚀刻的上下文中的优选晶向是指蚀刻沿优选晶向比沿非优选晶向(例如，任何非优选晶向)进行得快。例如，基板302包括InP芯片或晶片，并且顶表面304为(001)晶面。光电二极管芯片300包括腔404，其中腔404的侧壁之一为第二面400。在一些实施例中，采用诸如溴酸、过氧化氢和水(HBr:H2O2:H2O)的混合物之类的化学蚀刻剂来蚀刻光电二极管芯片中的腔404(图4)，该腔的侧壁具有燕尾的(dovetail)形状；例如，腔404的侧壁相对于(001)InP表面具有沿(110)面的负斜率。在这样的实施例中，第二面400相对于顶表面304以大约55度的角度倾斜。可替代地，在一些实施例中，使用按照(例如，具有沿面的正斜率)V形沟槽的形状蚀刻的腔来应用本公开的原理。因此，在一些实施例中，第二面400为晶面。在一些实施例中，该晶面是相对于顶表面304的晶面(例如，通过选择蚀刻)预定的。
在一些实施例中，光电二极管308是PIN二极管。在一些实施例中，该PIN二极管是基于InAsGa的PIN二极管(例如，其具有外延生长在InP基板上的InGaAs层)。在一些实施例中，光电二极管308被完全制造在基板302的顶表面304上(例如，阳极和阴极两者都形成在基板302的顶表面304上，从而避免对背面金属化的需求)。如图3所示，PIN二极管包括与该PIN二极管的p型区电耦接的阳极电极312和与该PIN二极管的n型区电耦接的阴极电极314。形成该PIN二极管的光活性区的本征层被夹在该PIN二极管的p型区和n型区之间。入射到PIN二极管的光活性区上的光对阳极和阴极之间的I-V(电流-电压)特性造成了光电流偏移，因此促进光强度的测量。
当诸如光电二极管308之类的光电二极管在本文中被描述为被制造在基板的顶表面(例如，诸如基板302的顶表面304)“上”时，这意味着该光电二极管是采用“顶端”制造工艺(诸如，光刻工艺、金属化工艺、掺杂工艺和其他工艺)制造的。例如，当用于制造光电二极管的工艺被应用到基板的顶表面(例如，所有的制造过程被应用到顶表面，以使得不需要“背面”处理)时，光电二极管被制造在基板的顶表面上。因此，即使光电二极管的一些层延伸到基板的主体中，也可以说光电二极管被制造在基板的顶表面上。在一些实施例中，光电二极管308是通过排外地使用顶端工艺(例如，顶端光刻)来制造的。在这样的实施例中，光电二极管308不包括任何背面部件(即，制造在基板的与基板的顶表面相反的背表面上的任何部件)。在一些实施例中，光电二极管308是在没有任何背面处理(例如，需要背面对准的背面处理)的情况下制造的。
在一些实施例中，在工作条件下(例如，当在环境条件下和/或在空气中工作时)，沿光轴S通过第一面进入基板302的光(例如，对于设计所针对的波长范围而言)受到第二面400的全内反射。本文使用全内反射作为本领域的术语，该术语意味着沿光轴S通过第一面306进入基板302的光以大于临界角θc的角度入射到第二面400上。临界角的定义如下：
在上面的等式中，ns是基板302的主体的折射率(例如，InP的折射率，大约为3.2)，nc是腔的折射率(例如，空气的折射率，大约为1)。对于在空气中工作的InP基板而言，临界角大约为18度。
注意，由于并非所有的光都沿光轴S进入第一面306(例如，由于射束发散的原因)，所以不一定所有的光都受到全内反射。沿光轴入射的光的(在设计所针对的波长范围内的)全内反射仅是从光轴(器件的特性)追踪到第二面400(其特性也是器件的特性)的光线的问题。因此，沿光轴入射的光的全内反射是所设计的光轴、基板302的折射特性和腔的几何形状的特性。
在一些实施例中，第二面400涂覆有反射涂层或者钝化涂层。
在一些实施例中，沿光轴接收的光保持在光电二极管芯片300内(例如，未暴露给诸如空气之类的环境条件)直至照射到光电二极管308。在一些实施例中(例如，当光电二极管308被合并到具有被良好特征化(well-characterized)的激光二极管的组件中时)，激光二极管的覆盖区内的所有光都受到全内反射(例如，激光二极管的覆盖区内的每个射线均以大于临界角的入射角入射到第二面400上)。
图6A示出了根据一些实施例的组件600的顶视图。图6B示出了组件600的侧视图。组件600包括激光二极管606和监测从激光二极管606的背面608发射的光功率的光电二极管芯片610(光电子器件)(光电二极管芯片610是用于激光二极管606的光电探测器)。在一些实施例中，激光二极管606是光学通信系统中的发射器(例如，激光二极管606经由光纤向远程目的地发射调制光)。光电二极管芯片610与激光二极管606被设置在子安装件602的同一个平的公共安装表面604上。光电二极管芯片610沿垂直于子安装件602的平的安装表面604的轴相对于激光二极管606旋转，从而使光电二极管芯片610的光轴与激光二极管606产生的光的主传播方向对准。在一些实施例中，组件600被设置在晶体管外形封装(更通常地被称为TO封装，或者更具体地被称为TO罐)内。
出于该目的，组件600包括沿与光电二极管芯片610的第一面616非正交的主传播方向发射光的激光二极管606。具体而言，激光二极管606发射的光与光电二极管芯片610的光轴对准，并且该光轴不与光电二极管芯片610的第一面616正交。在各种实施例中，光电二极管芯片610共享参考图3和图4描述的光电二极管芯片300的特征中的任何(例如，一个或多个)特征。由于组件600包括光电二极管芯片610和激光二极管606二者，因此从激光二极管606相对于光电二极管芯片610的第一面616发射的(例如，与光电二极管芯片610的光轴对准的)光的主传播方向是该组件600的特性(例如，几何特性)。
组件600包括具有安装表面604(例如，平的安装表面)的子安装件602。激光二极管606被安装在子安装件602的安装表面604上。激光二极管606的背面608主要沿第一方向605发射光。光电二极管芯片610也被安装在子安装件602的安装表面604上(例如，激光二极管606和光电二极管芯片610被安装在公共的平的安装表面上)。光电二极管芯片610包括具有顶表面614和与顶表面614垂直的第一面616的基板612。光电二极管芯片610相对于激光二极管606的背面608旋转，以使得从激光二极管606的背面608主要沿第一方向605发射的光沿光电二极管芯片610的与第一面616非正交的光轴通过第一面616进入基板612。光电二极管芯片610包括第二面(例如，类似于图4所示的第二面400)，沿非正交的光轴通过第一面616进入基板612的光入射到该第二面上。光电二极管芯片610包括制造在基板612的顶表面614上的光电二极管620，光电二极管620用于测量沿非正交的光轴通过第一面616进入基板612的光的强度。沿非正交的光轴通过第一面616进入基板612的光被第二面朝着光电二极管620的光活性区域反射。
在一些实施例中，光电二极管芯片610相对于激光二极管606的背面608旋转，以使得光电二极管芯片610的第一面616旋转地偏离激光二极管606的背面608(例如，相对于背面608旋转)(例如，围绕垂直于安装表面604的轴偏转(yaw))至少7度。更一般地，光电二极管芯片610的第一面616相对于激光二极管606的背面608旋转(例如，围绕垂直于安装表面604的轴偏转)5度和30度之间的角度。因此，由第一面616反射的任何光都没有被朝着激光二极管606往回引导，从而避免了对激光二极管606的损害。
在一些实施例中，基板612的底表面被安装到子安装件602的安装表面604(例如，光电二极管芯片610不是作为倒装芯片被安装的)。在一些实施例中，基板612的底表面被直接安装到安装表面604(例如，基板612的底表面平置于安装表面604上)。基板612的顶表面614比基板612的底表面离子安装件602的安装表面604远(或位于安装表面604的远端)。
在一些实施例中，光电二极管芯片610用于基于来自激光二极管606的背面608的、进入光电二极管芯片610的基板612的光的测量的强度(例如，采用方程(1))来监测从激光二极管606的正面618发射的光的强度。在一些实施例中，组件600还包括反馈电路(例如，反馈电路220，图2A)，该反馈电路用于基于来自激光二极管606的背面608的、进入基板612的光的测量的强度而使从激光二极管606的正面618发射的光的强度稳定。
在一些实施例中，第一面616是基板612的侧表面。在一些实施例中，第一面616是基板612的解理面(例如，基板612的晶面)。因此，一些实施例通过例如避免对光进入基板612所通过的表面进行蚀刻的需求而使得光电二极管芯片610的制造更加容易、简单和廉价。此外，由于在一些实施例中第二面是沿优选晶向被蚀刻到基板612中的面(如参考图4所描述的)，因此将晶面用作第一面616有助于相对于第二面确定第一面616的朝向。换言之，根据一些实施例，第二面是通过蚀刻基板形成的面。此外，在一些实施例中，基板易于沿晶面断裂的特性还使得光电二极管芯片610的制造更加简单和廉价(该晶面为解理面)。例如，通过大致沿晶面将晶片划开或锯开，晶片将沿晶面自然地断裂，从而使第一面616与第二面(第二面也基于晶片的结晶学特性被确定朝向)自动对准。
在一些实施例中，激光二极管606的背面608与子安装件602的安装表面604垂直。在一些实施例中，基板612的第一面616与子安装件602的安装表面604垂直。因此，在一些实施例中，基板612的第一面616相对于激光二极管606的背面608的旋转仅是围绕垂直于公共安装表面604的轴的偏转。
在一些实施例中，基板612的顶表面614平行于子安装件602的安装表面604。因此，在一些实施例中，基板612是平的晶片或芯片(例如，一片晶片)。
在一些实施例中，如参考图3和图4所描述的，在工作条件下，来自激光二极管606的背面608的、通过第一面616进入基板612的光受到第二面的全内反射。
在一些实施例中，从几何角度来说，组件600被设计为使得光电二极管芯片610尽可能多地捕获从激光二极管606的背面608发射的光，并且将该光引导至光电二极管620的光活性区域。出于该目的，由于光是从激光二极管606的背面608的顶部发射的，并且考虑到光的发散(例如，光的锥形形状)，在一些实施例中，光电二极管芯片610具有比激光二极管606的高度h2高(例如，大)的高度h1，以捕获向上发散的光。例如，在一些实施例中，激光二极管606具有大约100微米(例如，在75-150微米之间)的高度，激光二极管606和光电二极管芯片610分开大约100微米(例如，在50-200微米之间)的距离，光电二极管芯片610具有大约150微米(例如，在100-200微米之间)的高度。这些尺寸仅是示例。
将理解的是，尽管本文有时使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应当受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不改变描述的含义，只要“第一元件”的所有出现都被一致地重新命名，并且第二元件的所有出现也都被一致地重新命名即可。第一元件和第二元件都是元件，但是它们并非相同的元件。
本文采用的术语仅是出于描述特定实施例的目的，并且不是旨在对权利要求进行限制。如实施例和所附权利要求的描述中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”旨在还包含复数形式，除非上下文明确地另行指出。还将理解的是，本文使用的术语“和/或”指代并且包含相关联的列举项中的一个或多个相关联的列举项的任何以及所有可能的组合。还将理解的是，术语“包括”、“包含”在本说明书中被使用时指定所陈述的特征、整数、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、整数、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。
出于解释的目的，参考具体实施例描述了前述描述。但是，上面的说明性讨论并非旨在是详尽的或者将实施例限制为所公开的精确形式。考虑到上面的教导，很多修改和变型都是可能的。选择和描述了实施例以便最佳地解释本公开的原理及其实践应用，由此使本领域其他技术人员能够利用适合所设想的特定用途的各种修改来最佳地利用各种实施例。

Claims (19)

1.一种器件，包括：
基板，所述基板具有：
顶表面；
垂直于所述顶表面的第一面，光通过第一面进入所述基板；
以及
第二面，沿与第一面非正交的光轴通过第一面进入所述基板的光入射到第二面上；以及
被制造在所述基板的所述顶表面上的光电二极管，所述光电二极管用于测量沿与第一面非正交的光轴进入所述基板的第一面的光的强度；
其中，第二面朝着所述光电二极管的光活性区域反射沿与第一面非正交的光轴通过第一面进入所述基板的光。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，第一面是所述基板的侧表面。
3.根据权利要求2所述的器件，其中，第一面是所述基板的解理面。
4.根据权利要求3所述的器件，其中，第二面是被蚀刻到所述基板中的面。
5.根据权利要求1-4中的任何一项所述的器件，其中，所述光轴平行于所述基板的所述顶表面。
6.根据权利要求1-4中的任何一项所述的器件，其中，非正交的预定方向偏离第一面的法向至少7度。
7.根据权利要求1-4中的任何一项所述的器件，其中，在工作条件下，沿所述光轴通过第一面进入所述基板的光受到第二面的全内反射。
8.一种组件，包括：
具有安装表面的子安装件；
安装在所述子安装件的安装表面上的激光二极管，所述激光二极管具有主要沿第一方向发射光的背面；
安装在所述子安装件的安装表面上的光电二极管芯片，所述光电二极管芯片包括：
基板，所述基板具有：
顶表面；
垂直于所述顶表面的第一面，从所述激光二极管的背面发射的光通过第一面入射，其中，所述光电二极管芯片相对于所述激光二极管的背面旋转，以使得来自所述激光二极管的背面的主要沿第一方向发射的光沿着所述光电二极管芯片的与第一面非正交的光轴通过第一面进入所述基板；以及
第二面，沿所述非正交的光轴通过第一面进入所述基板的光入射到第二面上；以及
被制造在所述基板的顶表面上的光电二极管，所述光电二极管用于测量沿所述非正交的光轴通过第一面进入所述基板的光的强度；
其中，第二面朝着所述光电二极管的光活性区域反射沿所述非正交的光轴通过第一面进入所述基板的光。
9.根据权利要求8所述的组件，其中，所述基板的底表面被安装到所述子安装件的安装表面。
10.根据权利要求8所述的组件，其中，所述光电二极管芯片基于来自所述激光二极管的背面的进入所述光电二极管芯片的所述基板的光的测量的强度来监测从所述激光二极管的正面发射的光的强度。
11.根据权利要求10所述的组件，还包括反馈电路，所述反馈电路用于基于来自所述激光二极管的背面的进入所述基板的光的测量的强度来使从所述激光二极管的正面发射的光的强度稳定。
12.根据权利要求8-11中的任何一项所述的组件，其中，第一面是所述基板的侧表面。
13.根据权利要求12所述的组件，其中，第一面是所述基板的解理面。
14.根据权利要求13所述的组件，其中，第二面是被蚀刻到所述基板中的面。
15.根据权利要求8-11中的任何一项所述的组件，其中，所述激光二极管的背面垂直于所述子安装件的安装表面。
16.根据权利要求8-11中的任何一项所述的组件，其中，所述基板的第一面垂直于所述子安装件的安装表面。
17.根据权利要求8-11中的任何一项所述的组件，其中，所述基板的顶表面平行于所述子安装件的表面。
18.根据权利要求8-11中的任何一项所述的组件，其中，所述光电二极管芯片的第一面在所述子安装件的安装表面的平面中相对于所述激光二极管的背面旋转至少7度。
19.根据权利要求8-11中的任何一项所述的组件，其中，在工作条件下，来自所述激光二极管的背面的通过第一面进入所述基板的光受到第二面的全内反射。
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