專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成光電器件，尤其是一種電光開(kāi)關(guān)或光衰減器。
背景技術(shù)：
米用馬赫-澤恩德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer,簡(jiǎn)稱(chēng)MZI)結(jié)構(gòu)構(gòu)成光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)是一種常見(jiàn)的技術(shù)。通過(guò)對(duì)MZI結(jié)構(gòu)的其中一條波導(dǎo)臂即第一波導(dǎo)臂進(jìn)行相位調(diào)制，使兩條波導(dǎo)臂產(chǎn)生相位差，從而實(shí)現(xiàn)電光開(kāi)關(guān)或光衰減的功能。在美國(guó)專(zhuān)利7817881中，引入了波導(dǎo)電容器的概念，在這種波導(dǎo)電容器的波導(dǎo)芯區(qū)中能夠儲(chǔ)存自由載流子，用來(lái)調(diào)制波導(dǎo)材料的折射率。第一波導(dǎo)臂的相位調(diào)制是基于自由載流子色散效應(yīng)。MZI結(jié)構(gòu)的第一波導(dǎo)臂在電信號(hào)源的驅(qū)動(dòng)下，有自由載流子注入到光傳播的通道，使該通道材料的折射率發(fā)生改變，即第一波導(dǎo)臂中的光信號(hào)的相位發(fā)生改變。然而，由于電信號(hào)源驅(qū)動(dòng)只加載在MZI結(jié)構(gòu)第一波導(dǎo)臂上，第一波導(dǎo)臂中有載流子注入的同時(shí)，其溫度也會(huì)上升，而另一條波導(dǎo)臂即第二波導(dǎo)臂上沒(méi)有加載電信號(hào)源，因此兩條波導(dǎo)臂之間存在溫度差異。溫度引起材料的折射率變化(即熱效應(yīng))和電信號(hào)源驅(qū)動(dòng)下注入載流子所引起材料的折射率變化(即電效應(yīng))的趨勢(shì)是相反的，這給基于電效應(yīng)的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的工作效率造成不利影響，即兩條波導(dǎo)臂之間的溫度差異使得兩條波導(dǎo)臂之間的折射率差異無(wú)法達(dá)到預(yù)期值，導(dǎo)致了器件效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電光開(kāi)關(guān)或光衰減器，解決以絕緣體上硅SOI為基片的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器中MZI結(jié)構(gòu)的兩條波導(dǎo)臂工作溫度差異大的問(wèn)題，抵消或減小因溫度差異(即熱效應(yīng))對(duì)兩條波導(dǎo)臂的折射率的影響，使得兩條波導(dǎo)臂的折射率變化差異由外加電信號(hào)源引起的第一波導(dǎo)臂中載流子濃度變化決定，從而提高器件效率。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種電光開(kāi)關(guān)或光衰減器，包括一個(gè)MZI結(jié)構(gòu)，所述MZI結(jié)構(gòu)包括兩條并行的波導(dǎo)臂，即第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂，所述第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂均包括一個(gè)波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)，其中，所述第一波導(dǎo)臂外接第一電信號(hào)源，所述第二波導(dǎo)臂外接第二電信號(hào)源；在所述第一電信號(hào)源作用下，所述第一波導(dǎo)臂的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)內(nèi)載流子濃度發(fā)生變化；在所述第二電信號(hào)源作用下，所述第二波導(dǎo)臂的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)內(nèi)載流子濃度不發(fā)生變化，或該載流子濃度變化小于所述第一波導(dǎo)臂的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)內(nèi)載流子濃度變化；在所述第一電信號(hào)源和第二電信號(hào)源作用下，所述第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂的溫度變化相同或相近。如上所述的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器，其中，所述第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂上的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)均為以半導(dǎo)體本征區(qū)作為芯區(qū)的脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述第一波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的兩側(cè)平板區(qū)的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相反；所述第二波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的平板區(qū)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的摻雜區(qū)，分列所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊的兩側(cè)，所述摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型可以相同或相反。在一些實(shí)施例中，所述第一波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊兩側(cè)的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相反，構(gòu)成PIN二極管結(jié)構(gòu)，所述第二波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊兩側(cè)的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相反，構(gòu)成PIN二極管結(jié)構(gòu)，所述第二波導(dǎo)臂的摻雜區(qū)的摻雜濃度小于所述第一波導(dǎo)臂的摻雜區(qū)的摻雜濃度。在另一些實(shí)施例中，所述第一波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊兩側(cè)的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相反，構(gòu)成PIN 二極管結(jié)構(gòu)，所述第二波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊兩側(cè)的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相同，構(gòu)成NIN或者PIP結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施例中，所述第二波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的平板區(qū)包括三個(gè)摻雜區(qū)，其中第一摻雜區(qū)位于所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊靠近所述第一波導(dǎo)臂的一側(cè)，第二摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)位于所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊遠(yuǎn)離所述第一波導(dǎo)臂的一側(cè)；所述第二摻雜區(qū)相對(duì)于第三摻雜區(qū)在靠近所述第一波導(dǎo)臂的一側(cè)；所述第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)摻雜與所述第二波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的襯底半導(dǎo)體類(lèi)型相同的摻雜物，所述第三摻雜區(qū)摻雜與前述襯底半導(dǎo)體類(lèi)型相反的摻雜物。如上所述的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器，其中，所述第一波導(dǎo)臂與第二波導(dǎo)臂上方覆蓋有一層氧化物層，所述氧化層通過(guò)刻蝕形成電極接觸孔，所述電極接觸孔內(nèi)填充有作為電極的金屬材料；所述氧化物層和所述金屬材料上方沉積半導(dǎo)體材料；通過(guò)對(duì)所述半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻雜，使所述半導(dǎo)體材料內(nèi)部在正負(fù)電極之間形成反向偏置的PN結(jié)，從而所述氧化層上的半導(dǎo)體材料成為良好的導(dǎo)熱層但不會(huì)在電極間引入電流。在一些實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體材料為多晶娃。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的硅基電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的熱平衡方法具有這樣的有益效果:在相同的外接電信號(hào)源下，電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的MZI結(jié)構(gòu)的第一波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的本征區(qū)有較大量載流子注入，而第二波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的本征區(qū)無(wú)注入載流子或較少量載流子注入，即相對(duì)于第二波導(dǎo)臂，在第一波導(dǎo)臂中由于載流子濃度變化而引起的折射率變化顯著得多；同時(shí)，外接電信號(hào)源同時(shí)在兩個(gè)波導(dǎo)臂引起溫度變化，且第二波導(dǎo)臂和第一波導(dǎo)臂的溫度變化相同或無(wú)限接近。這樣，第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂的折射率變化差異僅由外加電信號(hào)源引起的第一波導(dǎo)臂中載流子濃度變化決定，從而使電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的工作狀態(tài)由第一波導(dǎo)臂的電信號(hào)源驅(qū)動(dòng)精確控制。


圖1是本發(fā)明公開(kāi)的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明公開(kāi)電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的一個(gè)實(shí)施例在圖1中AA’截面處的示意圖。圖3是本發(fā)明公開(kāi)電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的另一個(gè)實(shí)施例在圖1中AA’截面處的示意圖。圖4是本發(fā)明公開(kāi)電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的另一個(gè)實(shí)施例在圖1中AA’截面處的示意圖。圖5是本發(fā)明公開(kāi)電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的另一個(gè)實(shí)施例在圖1中AA’截面處的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明:
電光開(kāi)光或光衰減器是一種半導(dǎo)體材料的波導(dǎo)器件。波導(dǎo)的主要導(dǎo)光層是半導(dǎo)體材料，例如硅。為了解決現(xiàn)有硅基電光PIN 二極管構(gòu)成的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器中的熱平衡問(wèn)題和工作效率問(wèn)題，提供了基于本發(fā)明熱平衡方法的幾種結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的單模工作的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器。圖1是本發(fā)明公開(kāi)的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，電光開(kāi)關(guān)或光衰減器80包括一個(gè)MZI結(jié)構(gòu)81，MZI結(jié)構(gòu)81包括兩條并行的波導(dǎo)臂，即第一波導(dǎo)臂I和第二波導(dǎo)臂2。第一波導(dǎo)臂I包括波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)13，第二波導(dǎo)臂2包括波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)14。第一波導(dǎo)臂I外接第一電信號(hào)源15，第二波導(dǎo)臂2外接第二電信號(hào)源16。在第一電信號(hào)源15作用下，第一波導(dǎo)臂I的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)13內(nèi)載流子濃度發(fā)生較大變化；在第二電信號(hào)源16作用下，第二波導(dǎo)臂的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)14內(nèi)載流子濃度不發(fā)生變化，或該載流子濃度變化小于第一波導(dǎo)臂I的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)13內(nèi)載流子濃度變化。在第一電信號(hào)源15和第二電信號(hào)源16共同作用下，第一波導(dǎo)臂I和第二波導(dǎo)臂2的溫度變化相同或相近。在一些實(shí)施例中，第一波導(dǎo)臂I的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)13和第二波導(dǎo)臂2的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)14是如美國(guó)專(zhuān)利7817881中公開(kāi)的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)。在另一些實(shí)施例中，第一波導(dǎo)臂I的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)13和第二波導(dǎo)臂2的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)14是以半導(dǎo)體本征區(qū)作為芯區(qū)的脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。第一波導(dǎo)臂I的脊波導(dǎo)的兩側(cè)平板區(qū)的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相反；第二波導(dǎo)臂2的脊波導(dǎo)的平板區(qū)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的摻雜區(qū)，分列所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊的兩側(cè)，所述摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型可以相同或相反。圖2是本發(fā)明公開(kāi)電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的一個(gè)實(shí)施例在圖1中AA’截面處的示意圖。如圖2所示，在此實(shí)施例中，第一波導(dǎo)臂I和第二波導(dǎo)臂2的脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊兩側(cè)的摻雜區(qū)的類(lèi)型相反，均構(gòu)成PIN 二極管結(jié)構(gòu)，脊波導(dǎo)10包括作為波導(dǎo)芯區(qū)的波導(dǎo)脊11，脊波導(dǎo)20包括作為波導(dǎo)芯區(qū)的波導(dǎo)脊21。脊波導(dǎo)10的P型摻雜區(qū)5由平板區(qū)12左側(cè)經(jīng)摻雜P型半導(dǎo)體構(gòu)成；脊波導(dǎo)10的N型摻雜區(qū)7由平板區(qū)12右側(cè)經(jīng)摻雜N型半導(dǎo)體構(gòu)成；脊波導(dǎo)10的P型摻雜區(qū)5上方有一個(gè)外加電極6,并且N型摻雜區(qū)7上方有一個(gè)外加電極8,可以通過(guò)對(duì)外加電極6和8下方的區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s來(lái)確保歐姆接觸。脊波導(dǎo)20的P型摻雜區(qū)33由平板區(qū)22右側(cè)經(jīng)摻雜P型半導(dǎo)體構(gòu)成；脊波導(dǎo)20的N型摻雜區(qū)31由平板區(qū)22左側(cè)經(jīng)摻雜N型半導(dǎo)體構(gòu)成；脊波導(dǎo)20的P型摻雜區(qū)33上方有一個(gè)外加電極34，并且N型摻雜區(qū)31上方有一個(gè)外加電極32，可以通過(guò)對(duì)外加電極34和32下方的區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s來(lái)確保歐姆接觸。圖2中，脊波導(dǎo)10與脊波導(dǎo)20的最大區(qū)別在于它們的兩側(cè)平板區(qū)12和22的摻雜區(qū)的摻雜濃度不同，脊波導(dǎo)20的平板區(qū)22的摻雜區(qū)的摻雜濃度低于脊波導(dǎo)10的平板區(qū)12的摻雜區(qū)的摻雜濃度。脊波導(dǎo)10的P型摻雜區(qū)5上方的電極6連接一個(gè)電信號(hào)源；脊波導(dǎo)10的N型摻雜區(qū)7上方的電極8和脊波導(dǎo)20的N型摻雜區(qū)31上方的電極32相連接，并且接器件的地線；脊波導(dǎo)20的P型摻雜區(qū)33上方的電極34連接另一個(gè)電信號(hào)源。由于P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)的摻雜濃度是本征區(qū)可以維持的最高載流子濃度，P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)的摻雜可以看成是載流子注入源。當(dāng)本征區(qū)的載流子濃度與摻雜濃度(即P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)多數(shù)載流子的濃度)相同時(shí)，PIN 二極管會(huì)進(jìn)入電極注入模式，此時(shí)載流子需要填充位于外加電極之間的整個(gè)硅材料區(qū)域，從而使得器件的總功耗急劇上升。在兩條波導(dǎo)臂的功率相同情況下，波導(dǎo)脊21的溫度變化量與波導(dǎo)脊11的差別很小可以忽略不計(jì)，因此由溫度引起的兩條波導(dǎo)臂的折射率變化量一致。由于第二波導(dǎo)臂2的摻雜區(qū)的摻雜濃度比第一波導(dǎo)臂I的摻雜區(qū)的摻雜濃度低，脊波導(dǎo)20的本征區(qū)內(nèi)載流子濃度變化量比脊波導(dǎo)10小幾個(gè)數(shù)量級(jí)(由脊波導(dǎo)20的兩側(cè)摻雜濃度決定)，從而脊波導(dǎo)20由載流子濃度變化量所引起的折射率變化量就比脊波導(dǎo)10的小很多。如此，保證了電光開(kāi)關(guān)或光衰減器在工作的情況下脊波導(dǎo)10與脊波導(dǎo)20之間的熱平衡，溫度對(duì)兩條臂的折射率變化的影響被大大削弱，即MZI結(jié)構(gòu)的第一波導(dǎo)臂I和第二波導(dǎo)臂2之間的折射率變化差異由外加電信號(hào)源引起的第一波導(dǎo)臂I中載流子濃度變化決定，從而保證了電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的工作效率。圖3是本發(fā)明公開(kāi)電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的另一個(gè)實(shí)施例在圖1中AA’截面處的示意圖。脊波導(dǎo)10的P型摻雜區(qū)5由波導(dǎo)脊11左側(cè)平板區(qū)經(jīng)摻雜P型半導(dǎo)體構(gòu)成；脊波導(dǎo)10的N型摻雜區(qū)7由波導(dǎo)脊11右側(cè)平板區(qū)經(jīng)摻雜N型半導(dǎo)體構(gòu)成；脊波導(dǎo)10的P型摻雜區(qū)5上方有一個(gè)外加電極6,并且N型摻雜區(qū)7上方有一個(gè)外加電極8,可以通過(guò)對(duì)外加電極6和8下方的區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s來(lái)確保歐姆接觸。波導(dǎo)脊21的兩側(cè)平板區(qū)22的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相同，即摻雜區(qū)35和摻雜區(qū)37由波導(dǎo)脊21左右兩側(cè)的平板區(qū)分別摻雜P型半導(dǎo)體構(gòu)成，而且摻雜區(qū)35和37上方各有一個(gè)外加電極36和38，可以通過(guò)外加電極36和38下方的區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s來(lái)確保歐姆接觸。請(qǐng)注意，在此實(shí)施例中，脊波導(dǎo)20的襯底為P型。圖3中，脊波導(dǎo)20的波導(dǎo)脊21兩側(cè)的平板區(qū)22的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型皆為P型摻雜，即波導(dǎo)脊21與兩側(cè)摻雜區(qū)35和37構(gòu)成一個(gè)PIP結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于電阻。脊波導(dǎo)10的P型摻雜區(qū)5上方的電極6連接一個(gè)電信號(hào)源；脊波導(dǎo)10的N型摻雜區(qū)7上方的電極8和脊波導(dǎo)20的左側(cè)摻雜區(qū)35上方的電極36相連接，并且接器件的地線；脊波導(dǎo)20的右側(cè)摻雜區(qū)37上方的電極38連接另一個(gè)電信號(hào)源。在其他實(shí)施例中，若脊波導(dǎo)20的襯底為N型，則脊波導(dǎo)20的波導(dǎo)脊21兩側(cè)平板區(qū)22的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型均為N型，從而構(gòu)成一個(gè)NIN結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于電阻。在圖3所示的實(shí)施例中，脊波導(dǎo)10為一個(gè)PIN 二極管，而脊波導(dǎo)20為一個(gè)PIP結(jié)構(gòu)，即電阻。在兩條波導(dǎo)臂的功率相同情況下，脊波導(dǎo)10與脊波導(dǎo)20的溫度變化量差別很小可以忽略不計(jì)，從而由溫度引起的兩條波導(dǎo)臂折射率變化是一致的，同時(shí)在脊波導(dǎo)10的本征區(qū)內(nèi)載流子濃度會(huì)明顯增加，而脊波導(dǎo)20的本征區(qū)內(nèi)載流子濃度不會(huì)發(fā)生變化。如此，保證了電光開(kāi)關(guān)或光衰減器在工作的情況下脊波導(dǎo)10與脊波導(dǎo)20之間的熱平衡，溫度對(duì)兩條臂的折射率變化的影響被抵消，即MZI結(jié)構(gòu)的第一波導(dǎo)臂I和第二波導(dǎo)臂2之間的折射率變化差異由外加電信號(hào)源引起的第一波導(dǎo)臂I中載流子濃度變化決定，從而保證了電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的工作效率。圖4是本發(fā)明公開(kāi)電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的另一個(gè)實(shí)施例在圖1中AA’截面處的示意圖。如圖4所示，脊波導(dǎo)10的P型摻雜區(qū)5由平板區(qū)12右側(cè)摻雜P型半導(dǎo)體構(gòu)成；脊波導(dǎo)10的N型摻雜區(qū)7由平板區(qū)12左側(cè)摻雜N型半導(dǎo)體構(gòu)成；脊波導(dǎo)10的P型摻雜區(qū)5上方有一個(gè)外加電極6，并且N型摻雜區(qū)7上方有個(gè)外加電極8，可以通過(guò)對(duì)外加電極6和8下方的區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s來(lái)確保歐姆接觸。脊波導(dǎo)20的平板區(qū)22包括三個(gè)摻雜區(qū)，第一摻雜區(qū)39位于波導(dǎo)脊21靠近脊波導(dǎo)10 (即靠近第一波導(dǎo)臂I)的一側(cè)，第二摻雜區(qū)41和第三摻雜區(qū)43位于波導(dǎo)脊21遠(yuǎn)離脊波導(dǎo)10 (即遠(yuǎn)離第一波導(dǎo)臂I)的一側(cè)，并且第二摻雜區(qū)41相對(duì)于第三摻雜區(qū)43在靠近脊波導(dǎo)10 (即靠近第一波導(dǎo)臂I)的一側(cè)，第二摻雜區(qū)41和第三摻雜區(qū)43之間相隔一段距離。在此實(shí)施例中，第一摻雜區(qū)39和第二摻雜區(qū)41摻雜與第二波導(dǎo)臂2的脊波導(dǎo)20的襯底半導(dǎo)體類(lèi)型相同的摻雜物，第三摻雜區(qū)43摻雜與前述襯底半導(dǎo)體類(lèi)型相反的摻雜物，即當(dāng)脊波導(dǎo)20的襯底為P型時(shí)，第一摻雜區(qū)39和第二摻雜區(qū)41均摻雜P型摻雜物，第三摻雜區(qū)43摻雜N型摻雜物；當(dāng)脊波導(dǎo)20的襯底為N型時(shí)，第一摻雜區(qū)39和第二摻雜區(qū)41均摻雜N型摻雜物，第三摻雜區(qū)43摻雜P型摻雜物。脊波導(dǎo)20的第一摻雜區(qū)39和第二摻雜區(qū)41上方各有一個(gè)外加電極40和42,第三摻雜區(qū)43上方也有個(gè)外加電極44，可以對(duì)通過(guò)外加電極40、42和44下方的區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s來(lái)確保歐姆接觸。在其他實(shí)施例中，可以對(duì)第二波導(dǎo)臂2的結(jié)構(gòu)做些變化，例如增加摻雜區(qū)和調(diào)整摻雜區(qū)的位置，但是應(yīng)該都落在本發(fā)明公開(kāi)的范圍內(nèi)。在圖4所示的實(shí)施例中，以脊波導(dǎo)20的襯底P型為例，脊波導(dǎo)20為一個(gè)PIP結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于電阻，而第二摻雜區(qū)41和第三摻雜區(qū)43以及它們之間的距離共同構(gòu)成了一個(gè)PIN二極管。脊波導(dǎo)10的N型摻雜區(qū)7上方的電極8連接器件的地線；脊波導(dǎo)10的P型摻雜區(qū)5上方的電極6和脊波導(dǎo)20的第一摻雜區(qū)39、第二摻雜區(qū)41上方的電極40、42相連接，并且分別連接一個(gè)電信號(hào)源，為脊波導(dǎo)10和脊波導(dǎo)20提供電信號(hào)；脊波導(dǎo)20的第三摻雜區(qū)43上方的電極44連接器件的地線。脊波導(dǎo)10與P型摻雜區(qū)5和N型摻雜區(qū)7構(gòu)成一個(gè)PIN 二極管，并且脊波導(dǎo)20右側(cè)的第二摻雜區(qū)41和第三摻雜區(qū)43也構(gòu)成一個(gè)PIN 二極管。在脊波導(dǎo)10的PIN 二極管和位于脊波導(dǎo)20遠(yuǎn)離脊波導(dǎo)10 —側(cè)的PIN 二極管的功率相同的情況下，脊波導(dǎo)10的本征區(qū)溫度變化量同脊波導(dǎo)20的本征區(qū)溫度變化量差別很小，從而達(dá)到熱平衡。并且，由于脊波導(dǎo)20兩側(cè)的摻雜區(qū)39和41皆經(jīng)摻雜P型半導(dǎo)體構(gòu)成，所以脊波導(dǎo)20在電信號(hào)源的作用下，脊波導(dǎo)20的本征區(qū)內(nèi)載流子濃度不會(huì)發(fā)生變化。如此，保證了電光開(kāi)光或光衰減器在工作的情況下脊波導(dǎo)10與脊波導(dǎo)20之間的熱平衡，溫度對(duì)兩條臂的折射率變化的影響被抵消，即MZI結(jié)構(gòu)的第一波導(dǎo)臂I和第二波導(dǎo)臂2之間的折射率變化差異由外加電信號(hào)源引起的第一波導(dǎo)臂I中載流子濃度變化決定，從而保證了電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的工作效率。圖5是本發(fā)明公開(kāi)電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的另一個(gè)實(shí)施例在圖1中AA’截面處的示意圖。如圖5所示，脊波導(dǎo)10與脊波導(dǎo)20上方覆蓋一層氧化物層26，并且氧化物層26有若干通過(guò)刻蝕形成電極接觸孔，然后在接觸孔內(nèi)填充作為電極的金屬材料，從而形成電極23，24，27和28，即脊波導(dǎo)10的兩側(cè)摻雜區(qū)上方各有一個(gè)穿過(guò)氧化物層26的外加電極27和28，可以通過(guò)對(duì)外加電極27和28下方的區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s來(lái)確保歐姆接觸。脊波導(dǎo)20的兩側(cè)摻雜區(qū)上方各有一個(gè)穿過(guò)氧化物層26的外加電極23和24，可以通過(guò)對(duì)外加電極23和24下方的區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s來(lái)確保歐姆接觸。在氧化物層26和各電極上方沉積半導(dǎo)體材料25，如多晶硅，鍺，II1-V族化合物半導(dǎo)體等適合的材料。并且，通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體材料25進(jìn)行摻雜，使半導(dǎo)體材料25內(nèi)部在正負(fù)電極之間形成反向偏置的PN結(jié)，從而氧化層26上的半導(dǎo)體材料25成為良好的導(dǎo)熱層，但不會(huì)在電極間引入電流。在圖5所示的實(shí)施例中，與普通電光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的最大區(qū)別在于它的氧化物層26和電極金屬層上方沉積了半導(dǎo)體材料25。因?yàn)槌练e的半導(dǎo)體材料25包覆了熱傳導(dǎo)率極好的電極金屬層，使得脊波導(dǎo)10處下方襯底材料的熱能通過(guò)電極金屬層和半導(dǎo)體材料傳輸?shù)郊共▽?dǎo)20處，所以除了通過(guò)襯底材料傳導(dǎo)熱能之外，這種半導(dǎo)體材料25成為了脊波導(dǎo)10和脊波導(dǎo)20之間的另外一條導(dǎo)熱通道。如前所述，圖5所示的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)，通過(guò)在氧化物層和電極金屬層上方沉積半導(dǎo)體材料，來(lái)減小脊波導(dǎo)10和脊波導(dǎo)20之間的溫度差，從而減小了由溫度引起的折射率變化差異。電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的第一波導(dǎo)臂I和第二波導(dǎo)臂2之間的折射率變化差異由外加電信號(hào)源引起的第一波導(dǎo)臂I中載流子濃度變化決定，從而保證了電光開(kāi)關(guān)或光衰減器的工作效率。在一些實(shí)施例中，也可以在圖4所示的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上沉積半導(dǎo)體材料，加強(qiáng)對(duì)溫度影響的抵消，提高器件的效率。以上實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說(shuō)明對(duì)本發(fā)明做出種種變化例。因而，實(shí)施方式中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書(shū)界定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電光開(kāi)關(guān)或光衰減器,包括一個(gè)MZI結(jié)構(gòu),所述MZI結(jié)構(gòu)包括兩條并行的波導(dǎo)臂，即第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂，所述第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂均包括一個(gè)波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述第一波導(dǎo)臂外接第一電信號(hào)源，所述第二波導(dǎo)臂外接第二電信號(hào)源； 在所述第一電信號(hào)源作用下，所述第一波導(dǎo)臂的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)內(nèi)載流子濃度發(fā)生變化； 在所述第二電信號(hào)源作用下，所述第二波導(dǎo)臂的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)內(nèi)載流子濃度不發(fā)生變化，或該載流子濃度變化小于所述第一波導(dǎo)臂的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)內(nèi)載流子濃度變化； 在所述第一電信號(hào)源和第二電信號(hào)源作用下，所述第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂的溫度變化相同或相近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器，其特征在于， 所述第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂上的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)均為以半導(dǎo)體本征區(qū)作為芯區(qū)的脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)； 所述第一波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的兩側(cè)平板區(qū)的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相反； 所述第二波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的平板區(qū)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的摻雜區(qū)，分列所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊的兩側(cè)，所述摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型可以相同或相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器，其特征在于， 所述第一波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊兩側(cè)的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相反，構(gòu)成PIN 二極管結(jié)構(gòu)； 所述第二波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊兩側(cè)的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相反，構(gòu)成PIN 二極管結(jié)構(gòu)，所述第二波導(dǎo)臂的摻雜區(qū)的摻雜濃度小于所述第一波導(dǎo)臂的摻雜區(qū)的摻雜濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器，其特征在于， 所述第一波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊兩側(cè)的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相反，構(gòu)成PIN 二極管結(jié)構(gòu)； 所述第二波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊兩側(cè)的摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相同，構(gòu)成NIN或者PIP結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器，其特征在于， 所述第二波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的平板區(qū)包括三個(gè)摻雜區(qū)，其中第一摻雜區(qū)位于所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊靠近所述第一波導(dǎo)臂的一側(cè)，第二摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)位于所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊遠(yuǎn)離所述第一波導(dǎo)臂的一側(cè)； 所述第二摻雜區(qū)相對(duì)于第三摻雜區(qū)在靠近所述第一波導(dǎo)臂的一側(cè)； 所述第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)摻雜與所述第二波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的襯底半導(dǎo)體類(lèi)型相同的摻雜物，所述第三摻雜區(qū)摻雜與前述襯底半導(dǎo)體類(lèi)型相反的摻雜物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器，其特征在于， 所述第一波導(dǎo)臂與第二波導(dǎo)臂上方覆蓋有一層氧化物層，所述氧化層通過(guò)刻蝕形成電極接觸孔，所述電極接觸孔內(nèi)填充有作為電極的金屬材料； 所述氧化物層和所述金屬材料上方沉積半導(dǎo)體材料； 通過(guò)對(duì)所述半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻雜， 使所述半導(dǎo)體材料內(nèi)部在正負(fù)電極之間形成反向偏置的PN結(jié)，從而所述氧化層上的半導(dǎo)體材料成為良好的導(dǎo)熱層但不會(huì)在電極間引入電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電光開(kāi) 關(guān)或光衰減器，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料為多晶硅。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電光開(kāi)關(guān)或光衰減器，包括一個(gè)由并行的第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂構(gòu)成的MZI結(jié)構(gòu)，所述第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂均包括一個(gè)波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)。所述第一波導(dǎo)臂外接第一電信號(hào)源，所述第二波導(dǎo)臂外接第二電信號(hào)源。在外接電信號(hào)源作用下，所述第一波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的本征區(qū)有較大量載流子注入，而所述第二波導(dǎo)臂的脊波導(dǎo)的本征區(qū)無(wú)注入載流子或較少量載流子注入；所接電信號(hào)源同時(shí)在兩個(gè)波導(dǎo)臂引起溫度變化，在所述第二波導(dǎo)臂所引起的溫度變化和第一波導(dǎo)臂相同或無(wú)限接近。本發(fā)明公開(kāi)的電光開(kāi)關(guān)或光衰減器能減小由于兩條波導(dǎo)臂溫度差異所引起的熱效應(yīng)下折射率的變化差異，提高器件效率。
文檔編號(hào)G02F1/01GK103207464SQ20121001603
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者李冰, 王曉黎, 陳彥青, 張宗鎖 申請(qǐng)人:上海硅通半導(dǎo)體技術(shù)有限公司