專利名稱：半導(dǎo)體馬赫－陳德爾調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器，更具體地說，是涉及一種用于光纖通信系統(tǒng)或光學(xué)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)并由推挽式調(diào)制結(jié)構(gòu)中的單個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器。
近來，光纖通信技術(shù)越來越向著高比特率發(fā)送的方向發(fā)展.在光纖通信系統(tǒng)中，在世界各地特別是北美地區(qū)安裝的大多數(shù)光纖是1.3微米的零色散光纖，在這些光纖中1.55微米范圍內(nèi)的損失最小。常規(guī)上說，半導(dǎo)體激光直接調(diào)制技術(shù)一般已用于光纖通信中。但是，這種技術(shù)當(dāng)高比特率的1.55微米范圍的光纖信號(hào)通過1.3微米的零色散光纖傳送時(shí)由于色散而有波長(zhǎng)的間歇噪聲問題，從而導(dǎo)致信號(hào)的失真。失真的水平一般與(比特率)2×(傳送距離)的積成比例。
波長(zhǎng)的間歇噪聲問題可以用外部調(diào)制技術(shù)在一定程度上加以解決。在其它的外部調(diào)制器中，一種吸收型的調(diào)制器與半導(dǎo)體激光器相比具有較小的間歇噪聲，但也并非為零。另一方面，如果采用光的相干原理工作的馬赫-陳德爾調(diào)制器用作在推挽式調(diào)制結(jié)構(gòu)中工作的外部調(diào)制器，從理論上說，波長(zhǎng)的間歇噪聲問題可以完全解決。因此，人們期望馬赫-陳德爾調(diào)制器作為超高速和長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)中使用的關(guān)鍵的外部調(diào)制器。
一些已知的馬赫-陳德爾調(diào)制器具有諸如LiNbO3這樣的介電物質(zhì)。另一方面，半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器在考慮與光學(xué)元件如半導(dǎo)體激光器或半導(dǎo)體光學(xué)放大器以及電氣元件如FETs的集成能力和考慮到它們的較小的尺寸和較低的功耗方面被認(rèn)為比介電類型的馬赫-陳德爾調(diào)制器更優(yōu)。

圖1A所示是常規(guī)的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的透視圖，而圖1B所示是沿圖1A的X-X方向的橫截面圖。
圖1A所示的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器包括一輸入波導(dǎo)6；一對(duì)輸入分支波導(dǎo)7-1和7-2，其將輸入波導(dǎo)6分支；一對(duì)相位調(diào)制器8-1和8-2，其接收來自各分支波導(dǎo)7-1和7-2的輸入；一對(duì)輸出分支波導(dǎo)9-1和9-2，其接收各相位調(diào)制器8-1和8-2的輸出；以及一輸出波導(dǎo)10，其接收輸出分支波導(dǎo)9-1和9-2的合成輸出。
圖lA所示的馬赫-陳德爾調(diào)制器是通過順序地在n型InP襯底上淀積非摻雜的InP層102、非摻雜的InxGal-xAsyP1-y層103(λPL＝1.3μm)、p型InP層104，并使指定的淀積層圖樣化以形成一組合的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，并形成獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電極105-1和105-2以及調(diào)制器的共用電極106，如圖lB所示。
一般而言，半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器要對(duì)加到p-n結(jié)上的反偏電壓產(chǎn)生的折射率的變化加以利用。半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的光學(xué)特性如圖2所示，其中相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電壓(反偏電壓)畫出了它的光學(xué)信號(hào)輸出。由”Vl”所指的曲線顯示了一個(gè)單臂驅(qū)動(dòng)即調(diào)制器中的一個(gè)被驅(qū)動(dòng)的情況，而”V1&V2”所指的曲線顯示了雙臂驅(qū)動(dòng)即兩個(gè)調(diào)制器都被驅(qū)動(dòng)以進(jìn)行推挽調(diào)制的情況。
圖3所示是圖lA和1B所示的調(diào)制器推挽調(diào)制的定時(shí)圖，其中調(diào)制器8-1通過電極105-1被施加一反偏電壓V1，該電壓在0到Vπ/2之間變化，而調(diào)制器8-2通過電極105-2被施加一反偏電壓V2，該電壓在Vπ/2到Vπ之間變化，其相位與電壓V1相反。Vπ提供了一個(gè)π相移到相位調(diào)制器，而Vπ/2提供了一個(gè)π/2相移。如圖2所示，對(duì)于具體的光學(xué)信號(hào)輸出，雙臂調(diào)制(即推挽式調(diào)制)的驅(qū)動(dòng)電壓(V1&V2)大約是單臂調(diào)制電壓(V1)的一半。
John C.Cartledge等人在”對(duì)基于半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的10Gb/s光波系統(tǒng)的色散補(bǔ)償”一文中報(bào)告了一種雙臂調(diào)制方案，其傳輸距離為單臂調(diào)制機(jī)構(gòu)傳輸距離的兩倍。見IEEE Photonics Technology.Letters，1995年2月，Vol.7，No.2，第224-226頁。
圖4所示是在最大值一半處，半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的單臂調(diào)制和雙臂調(diào)制(即推挽式調(diào)制)相對(duì)于光纖長(zhǎng)度(千米)畫出的高斯脈沖的全脈沖寬度，是在我們的實(shí)驗(yàn)中得到的。從圖4可知，推挽式調(diào)制由于脈沖壓縮而實(shí)現(xiàn)了小的波形失真，從而維持了比單臂調(diào)制好一半值的寬度。根據(jù)上述結(jié)果，可以認(rèn)為推挽式調(diào)制可以提供兩倍或三倍于單臂調(diào)制的傳輸距離。
一種推挽式驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器如圖5中的301所示，其一般需要一對(duì)驅(qū)動(dòng)器200-1和2002，用于向各相位調(diào)制器的電極302和303施加驅(qū)動(dòng)電壓，以及定時(shí)發(fā)生器203，用于以相反的相位精確地驅(qū)動(dòng)相位調(diào)制器301。要通過定時(shí)發(fā)生器203精確地調(diào)節(jié)定時(shí)是困難的，特別是在較高頻率下，例如，在2.5Gb/s以上時(shí)，就難于使相位調(diào)制器的臂在如此高的頻率下操作。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的就提供一種半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器，其能夠使一個(gè)驅(qū)動(dòng)器在2.5Gb/s以上的高頻進(jìn)行推挽調(diào)制操作。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造這種半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的方法。
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器，其包括一襯底和一覆蓋在該襯底上的合成波導(dǎo)。該合成波導(dǎo)包括一輸入光波導(dǎo)；第一和第二輸入分支光波導(dǎo)，其將輸入的光波導(dǎo)分支；第一和第二調(diào)制器臂波導(dǎo)，其分別與第一和第二輸入分支光波導(dǎo)光耦合；第一和第二輸出分支光波導(dǎo)，其分別與第一和第二調(diào)制器臂波導(dǎo)光耦合；和一輸出光波導(dǎo)，其與第一和第二輸出分支光波導(dǎo)光耦合；每個(gè)波導(dǎo)具有一第一導(dǎo)電類型的第一覆蓋層和一第二導(dǎo)電類型的第二覆蓋層，以及一夾在第一覆蓋層與第二覆蓋層之間的未摻雜光導(dǎo)層；第一調(diào)制器臂波導(dǎo)具有一與其第二覆蓋層電連接的第一電極，和一與其第一覆蓋層及第二調(diào)制器臂波導(dǎo)的第二覆蓋層電連接的第二電極；第二調(diào)制器臂波導(dǎo)具有一與其第一覆蓋層電連接的第三電極。
本發(fā)明還包括一種制造這種半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的方法，包括如下步驟形成一個(gè)覆蓋在襯底上的合成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，該合成臺(tái)面結(jié)構(gòu)包括一輸入光波導(dǎo)、將輸入的光波導(dǎo)分支的第一和第二輸入分支光波導(dǎo)，分別與第一和第二輸入分支光波導(dǎo)光耦合的第一和第二調(diào)制器臂波導(dǎo)，分別與第一和第二調(diào)制器臂波導(dǎo)光耦合的第一和第二輸出分支光波導(dǎo)，一與第一和第二輸出分支光波導(dǎo)光耦合的輸出光波導(dǎo)，每個(gè)未摻雜的光波導(dǎo)依次具有一第一導(dǎo)電類型的第一覆蓋層、一光導(dǎo)層、一第二導(dǎo)電類型的第二覆蓋層，并形成一與第一調(diào)制器臂波導(dǎo)的第二覆蓋層電連接的第一電極，和一與第一調(diào)制器臂波導(dǎo)的第一覆蓋層及第二調(diào)制器臂波導(dǎo)的第二覆蓋層電連接的第二電極；和一與第二調(diào)制器臂波導(dǎo)的第一覆蓋層電連接的第三電極。
根據(jù)本發(fā)明及本發(fā)明的方法制造的這種半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器和可以使一個(gè)驅(qū)動(dòng)器以推挽式調(diào)制的方式來驅(qū)動(dòng)，其優(yōu)于具有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器和用于其推挽驅(qū)動(dòng)的相關(guān)定時(shí)發(fā)生器的常規(guī)馬赫-陳德爾調(diào)制器。
圖1A和1B分別是常規(guī)半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的正面圖和橫截面圖；圖2是常規(guī)的調(diào)制器中單臂驅(qū)動(dòng)和雙臂驅(qū)動(dòng)的光學(xué)信號(hào)輸出相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電壓的曲線圖；圖3是常規(guī)調(diào)制器中雙臂驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖；圖4是在最大值的一半處相對(duì)于傳送距離所畫出的單臂驅(qū)動(dòng)和雙臂驅(qū)動(dòng)的全脈沖寬度圖；圖5是常規(guī)的雙臂驅(qū)動(dòng)調(diào)制器的示意性的方框圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的示意圖；圖7A和7B分別是圖6的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的頂視圖和截面圖；圖8A和8B分別是圖7A和7B中調(diào)制器在其制造過程的一個(gè)步驟中的頂視圖和截面圖；圖9A和9B分別是圖7A和7B中調(diào)制器在其制造過程的另一個(gè)步驟中的頂視圖和截面圖；圖10A和10B分別是圖7A和7B中調(diào)制器在其制造過程的另一個(gè)步驟中的頂視圖和截面圖；圖11A是第的調(diào)制器的時(shí)序圖；圖11B是在第一實(shí)施例中光學(xué)信號(hào)輸出相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電壓的曲線圖；圖12A和12B分別是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的頂視圖和截面圖；圖13A和13B分別是圖12A和12B中調(diào)制器在其制造過程的一個(gè)步驟中的頂視圖和截面圖；圖14A和14B分別是圖12A和12B中調(diào)制器在其制造過程的另一個(gè)步驟中的頂視圖和截面圖；圖15A和15B分別是圖12A和12B中調(diào)制器在其制造過程的另一個(gè)步驟中的頂視圖和截面圖；圖16A和16B分別是圖12A和12B中調(diào)制器在其制造過程的另一個(gè)步驟中的頂視圖和截面圖；圖17A和17B分別是圖12A和12B中調(diào)制器在其制造過程的另一個(gè)步驟中的頂視圖和截面圖；參考圖6，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器包括一對(duì)相位調(diào)制器臂(簡(jiǎn)稱為調(diào)制器臂)201和202及一在推挽式調(diào)制驅(qū)動(dòng)相位調(diào)制器臂201和202的驅(qū)動(dòng)器200。相位調(diào)制器臂201的P電極保持在恒定的負(fù)壓值Vπ而相位調(diào)制器臂201的n電極則由驅(qū)動(dòng)器200驅(qū)動(dòng)。與相位調(diào)制器臂201的n電極相連的相位調(diào)制器臂202的P電極由驅(qū)動(dòng)器200驅(qū)動(dòng)，而相位調(diào)制器臂202的n電極則保持為地電位。
在操作中，驅(qū)動(dòng)電壓在負(fù)電位Vπ和Vπ/2之間變化，從而調(diào)制器臂201和202按照推挽方式調(diào)制來驅(qū)動(dòng)。Vπ可以是例如-4伏，取決于調(diào)制器臂的長(zhǎng)度。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓假定為Vπ/2時(shí)，調(diào)制器臂201被一個(gè)反偏電壓Vπ/2驅(qū)動(dòng)并提供具有與輸入的光學(xué)信號(hào)具有同一相移π/2的輸出信號(hào)，其是光學(xué)信號(hào)的ON(導(dǎo)通)狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓假定為Vπ時(shí)，調(diào)制器臂201用零電壓驅(qū)動(dòng)，使得調(diào)制器臂201的輸出相移為零，而調(diào)制器臂202用Vπ來驅(qū)動(dòng)時(shí)，則使調(diào)制器臂202的輸出相移為π。也就是說，調(diào)制器臂201和202的輸出由于其相位相反而彼此抵消，因此使輸出光學(xué)信號(hào)產(chǎn)生了OFF(截止)狀態(tài)。按這種方式，圖6的馬赫-陳德爾調(diào)制器用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器在推挽式調(diào)制中工作。
參考圖7A，其顯示了圖6所示的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的結(jié)構(gòu)，該調(diào)制器包括一合成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，包括輸入光波導(dǎo)臺(tái)面6A，一對(duì)將輸入的光波導(dǎo)臺(tái)面6A分支的輸入分支光波導(dǎo)臺(tái)面7A-1和7A-2，一對(duì)用于分別調(diào)制從輸入光波導(dǎo)臺(tái)面7A-1和7A-2來的光學(xué)信號(hào)的調(diào)制器臂臺(tái)面8A-1和8A-2，一對(duì)分別接收相位調(diào)制器臺(tái)面8A-1和8A-2輸出的光學(xué)信號(hào)的輸出分支光波導(dǎo)臺(tái)面9A-1和9A-2，以及一接收輸出光波導(dǎo)臺(tái)面9A-1和9A-2的合成輸出的輸出光波導(dǎo)臺(tái)面10A。
參考圖7B，其顯示了沿圖7A向X-X方向切開的截面圖，合成臺(tái)面結(jié)構(gòu)的調(diào)制器臂臺(tái)面8A-1和8A-2各包括一n-型InP覆蓋層2-1a或2-2a，一光波導(dǎo)層3-1或3-2，一p型InP覆蓋層4-1或4-2，一p型蓋層5-1或5-2，它們順序地形成于半絕緣襯底1上以形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，調(diào)制器臂8A-1的n-型覆蓋層2-1a與調(diào)制器臂8A-2的p型InGaP蓋層5-2通過一個(gè)電極13-2連接。光導(dǎo)層3-1和3-2形成為多量子阱(MQW)層。
一種制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的方法將參考圖7A和7B到圖10A和10B進(jìn)行說明。其中例如圖8B是一個(gè)沿圖8A的X-X線切開的截面圖，其它圖的情況類似。如圖8B所示，1微米厚的n型InP覆蓋層2具有1×1018cm-3的載流子濃度，MQW結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)層3具有30圈(30-cycle)的層的合成，每個(gè)包括10nm厚的未摻雜的InP阻擋物膜和10nm厚的波長(zhǎng)成分為1.52微米的InvGa1-vAswP1-w量子阱膜，1.0微米厚的具有5×1017cm-3的載流子濃度的p型InP覆蓋層4，和0.2微米厚的載流子濃度為1×1018cm-3的p型In0.53Ga0.47As蓋層5，它們通過金屬-有機(jī)汽相外延生長(zhǎng)(MOVPE)技術(shù)連續(xù)生長(zhǎng)在半導(dǎo)體InP襯底1的表面(100)上。
接著，InGaAs蓋層5，InP覆蓋層4，光波導(dǎo)層3和n-InP覆蓋層2通過反應(yīng)離子束蝕刻(RIBE)技術(shù)用一個(gè)合適的掩模選擇性地刻蝕以形成一合成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，其包括輸入波導(dǎo)臺(tái)面6A、一對(duì)分支波導(dǎo)臺(tái)面7A-1和7A-2、一對(duì)調(diào)制器臂臺(tái)面8A-1a和8A-2a，一對(duì)分支波導(dǎo)臺(tái)面9A-1和9A-2，以及輸出波導(dǎo)臺(tái)面10A如圖9A和9B所示。在每個(gè)調(diào)制器臂臺(tái)面8A-1a或8A-2a以及分支波導(dǎo)臺(tái)面7A-1、7A-2、9A-1或9A-2之間設(shè)置了2微米或更小的間隔、接著，n型覆蓋層2a的其余的底部與襯底1的小部分頂部通過RIBE技術(shù)用合適的掩模選擇性地去除，如圖10A和10B所示，以將調(diào)制器臂臺(tái)面8A-1b同調(diào)制器臂臺(tái)面8A-2b電隔離開將每個(gè)調(diào)制器臂臺(tái)面8A-1b同剩下的臺(tái)面電隔離。在這一蝕刻步驟中，與各調(diào)制器臂臺(tái)面8A-1和8A-2連接的InP覆蓋層的的接觸區(qū)域2a-1和2a-2被留下了。
接著，如圖7A和7B所示，在整個(gè)表面上淀積0.3微米厚的SiO2膜，然后用合適的掩模對(duì)其進(jìn)行選擇性蝕刻，以形成開口12-1，12-2，12-3和12-4以分別暴露調(diào)制器臂臺(tái)面8A-1的蓋層5-1、接觸區(qū)域2a-1、調(diào)制器臂臺(tái)面8A-2的蓋層5-2以及接觸區(qū)域2a-2。然后，通過汽相技術(shù)在整個(gè)表面上形成Ti/Pt/Au膜，然后使其圖樣化以形成電極13-1、13-2和13-3，它們與調(diào)制器臂臺(tái)面8A-1的P型In0.53Ga0.47As的蓋層5-1、n型覆蓋層2-1a的接觸區(qū)2a-1以及調(diào)制器臂臺(tái)面8A-2的P型In0.53Ga0.47As的蓋層5-2、n型覆蓋層2-2a的接觸區(qū)2a-2分別接觸，以完成圖7A和7B的結(jié)構(gòu)。
這樣構(gòu)成的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器有一個(gè)500微米長(zhǎng)的調(diào)制器臂臺(tái)面8A-1和8A-2，該長(zhǎng)度使4伏的反偏電壓加到調(diào)制器臂的兩個(gè)電極之間，以對(duì)輸出的光學(xué)信號(hào)提供相移，即在此調(diào)制器中，Vπ≈-4伏。
在操作中，Vπ和零分別加到電極13-1和13-3上，而在Vπ和Vπ /2之間變化的方波形式的驅(qū)動(dòng)電壓通過電極13-2被加到調(diào)制器臂8A-1的接觸區(qū)域2a-1和調(diào)制器臂8A-2的蓋層5-2上。圖11A顯示了圖7A和7B所示調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電壓和輸出光學(xué)信號(hào)的時(shí)序圖。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓假定為高(負(fù)的)電平Vπ時(shí)，調(diào)制器臂8A-1的兩個(gè)電極之間被加上零電壓，而調(diào)制器臂8A-2的兩個(gè)電極之間被加上一個(gè)反偏電壓Vπ。因此，在兩個(gè)調(diào)制器臂8A-1和8A-2之間就出現(xiàn)了相位差π，造成輸出分支波導(dǎo)10A處于OFF狀態(tài)。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓假定為低電平Vπ/2時(shí)，調(diào)制器臂8A-1和8A-2都被加上反偏電壓Vπ/2，因此，在這兩個(gè)調(diào)制器臂8A-1和8A-2的輸出之間相位差為零，使得輸出分支波導(dǎo)10A處于ON狀態(tài)。這樣，通過對(duì)電極13-2加上在Vπ和Vπ/2之間變化的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器上就可以得到推挽式調(diào)制。在這一結(jié)構(gòu)中，由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)使驅(qū)動(dòng)變得簡(jiǎn)單，從而不需要定時(shí)發(fā)生器。
在上述實(shí)施例中電壓Vπ/2可以由Vπ/2來代替，但是，這樣可能使調(diào)制器由于調(diào)制器臂的非線性特性而導(dǎo)致ON/OFF比的惡化。
作為上述制造過程的另一種選擇，可以采用另一過程，其中0.3微米厚的n型InP層被淀積在半絕緣襯底的整個(gè)表面上，其后用SiO2膜作為阻礙生長(zhǎng)掩模連續(xù)地選擇性生長(zhǎng)0.7微米厚的n型InP層、光導(dǎo)層、p型InP覆蓋層、和p型In0.53Ga0.47As的蓋層，以形成圖9A和9B的結(jié)構(gòu)。其它的步驟與前述步驟類似。
圖12A和12B顯示與圖7A和圖7B類似的一種根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器。本實(shí)施例的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器與第一實(shí)施例相似，不同點(diǎn)在于本實(shí)施例的調(diào)制器臂臺(tái)面8A-2有p型InP覆蓋層4B、光導(dǎo)層3A、n型InP覆蓋層2B和n型In0.53Ga0.47As蓋層5B，與調(diào)制器臂8B-1的n型InP覆蓋層2A連接的接觸區(qū)域2Aa-1和與調(diào)制器臂8B-2的p型InP覆蓋層4B連接的接觸區(qū)域4Ba-1通過電極13A-2連接，調(diào)制器臂8B-2的n型In0.53Ga0.47As蓋層5B與電極13A-3連接。
在制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器時(shí)，在半絕緣InP襯底1的表面(100)上形成0.1微米厚的SiO2膜15作為一矩形生長(zhǎng)阻礙掩模，然后用MOVPE技術(shù)連續(xù)淀積1.0微米厚的載流子濃度為1×1018cm-3的n型InP覆蓋層2A、與第一實(shí)施例中光導(dǎo)層3類似的MQW光導(dǎo)層3A、和1.0微米厚的載流子濃度為5×1017cm-3的InP覆蓋層4A，0.2微米厚的載流子濃度為5×1018cm-1的p型In0.53Ga0.47As蓋層5A，如圖13A和13B所示。
接著，從蓋層5A到n型InP覆蓋層2A頂部的層通過蝕刻來選擇性地去除，以形成一合成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，其包括輸入波導(dǎo)臺(tái)面6B、一對(duì)分支波導(dǎo)臺(tái)面7B-1和7B-2、一調(diào)制器臂臺(tái)面8B-1、一對(duì)分支波導(dǎo)9B-1和9B-2，和一輸出波導(dǎo)臺(tái)面10B。調(diào)制器臂臺(tái)面8B-1的一側(cè)與SiO2掩模膜15靠近的一側(cè)接觸，而分支波導(dǎo)臺(tái)面7B-2和9B-2與SiO2掩模膜15相應(yīng)的一側(cè)接觸。
在去除SiO2掩模膜15之后，在整個(gè)表面上形成另一0.1微米厚的SiO2膜，然后用光刻技術(shù)使其圖形化以形成覆蓋除由SiO2掩模膜15所覆蓋大部分區(qū)域之外的整個(gè)表面。也就是說，未被SiO2掩模膜16覆蓋的生長(zhǎng)區(qū)形狀與SiO2生長(zhǎng)阻礙掩模膜15的形狀類似，并略小于SiO2掩模膜15。
接著，用一MOVPE過程在未被SiO2掩模膜16覆蓋的生長(zhǎng)區(qū)上連續(xù)地形成1.0微米厚的載流子濃度為1×1018cm-3的p型InP覆蓋層4B、與光導(dǎo)層3A相似的MQW光導(dǎo)層3B、1.0微米厚的載流子濃度為5×1017cm-3的n型InP覆蓋層2B、以及0.2微米厚的載流子濃度為1×1018cm-3的n型In0.53Ga0.47As蓋層5B，如圖15A和15B所示。
接著，從蓋層5B到覆蓋層4B頂部之間的層被圖樣化以形成一調(diào)制器臂臺(tái)面8B-2a，其輸入端與分支波導(dǎo)臺(tái)面7B-2的開口端相對(duì)，它們之間有一個(gè)小的間隙，8B-2a的輸出端與分支波導(dǎo)臺(tái)面9B-2的開口端相對(duì)，它們之間有一個(gè)小的間隙，8B-2a的一側(cè)與調(diào)制器臂臺(tái)面8B-1a靠近的一側(cè)相對(duì)，如圖16A和16B所示。相鄰波導(dǎo)之間的小間隙等于或小2微米。然后去掉SiO2掩模膜16，接著對(duì)n型覆蓋層2A和2B剩下的部分2Aa和2Ba以及襯底1的小部分頂部圖樣化，以留下接觸區(qū)2Aa-1和2Ba-1。
接著，如圖12A和12B所示，在整個(gè)表面上淀積了0.3微米厚的SiO2膜18，然后對(duì)其蝕刻以形成開口12A-1、12-A2和12A-3，以暴露調(diào)制器臂臺(tái)面8B-1a的蓋層5A部分、接觸區(qū)2Aa-1和2Ba-1、調(diào)制器臂臺(tái)面8B-2a的蓋層5B部分。然后用汽相技術(shù)在整個(gè)表面上淀積Ti/Pt/Au膜，接著對(duì)其圖樣化以分別形成蓋層5A的電極13A-1、13-A2和13A-3、接觸區(qū)域2Aa-1和4Ba-1，以及蓋層5B。
在本實(shí)施例中，調(diào)制器臂臺(tái)面8B-2a的層結(jié)構(gòu)與調(diào)制器臂臺(tái)面8B-1a的層結(jié)構(gòu)相反。但是，兩種調(diào)制器臂臺(tái)面的pn-pn結(jié)的結(jié)構(gòu)相似，因此，第二實(shí)施例的調(diào)制器與第一實(shí)施例的相似。
上述制造過程還可以有另一種選擇方案，其中在為圖13A和13B中生長(zhǎng)阻礙層而形成第一SiO2膜15之后，淀積0.3微米厚的n型InP層，接著形成覆蓋除了要形成臺(tái)面的區(qū)域以外整個(gè)區(qū)域的第二SiO2生長(zhǎng)阻礙掩模。然后，連續(xù)地生長(zhǎng)0.7微米厚的n型覆蓋層、光導(dǎo)層、p型覆蓋層、以及p型In0.53Ga0.47As蓋層，以形成與圖14A和14B的類似的結(jié)構(gòu)。接著，在去掉第二SiO2掩模膜并形成第三SiO2掩模膜17之后，如圖15A和15B所示，就形成了0.3微米厚的p型InP覆蓋層，然后在去掉第三SiO2掩模膜17并形成第四SiO2掩模膜用于阻礙生長(zhǎng)(未示出)。然后，通過選擇性生長(zhǎng)技術(shù)連續(xù)地形成0.7微米厚的p型InP覆蓋層、光導(dǎo)層、n型InP覆蓋層、以及n型In0.53Ga0.47As，以形成圖16A和圖16B的結(jié)構(gòu)。后續(xù)的步驟與前面描述的類似。
在上述實(shí)施例中，使用了InP基的復(fù)合半導(dǎo)體，包括由InP/InxGa1-xAsyP1-y形成的MQW結(jié)構(gòu)。該MQW結(jié)構(gòu)可以由InP/InxA11-xAs膜、InxGa1-xAsyP1-y/InvGa1-vAlwAs1-w膜，或GaAs/A1xGa1-xAs基的半導(dǎo)體形成。還有，光導(dǎo)層的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)或位置或波長(zhǎng)都可以根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇。
因?yàn)樯鲜鰧?shí)施例只是作為示例的目的加以說明，本發(fā)明并不受上述實(shí)施例的限制，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員都可以對(duì)這些實(shí)施例作出各種修改或變化。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器，包括一襯底和一覆蓋在所述襯底上的合成波導(dǎo)；所述合成波導(dǎo)包括一輸入光波導(dǎo)；將所述輸入的光波導(dǎo)分支的第一和第二輸入分支光波導(dǎo)；分別與所述第一和第二輸入分支光波導(dǎo)光耦合的第一和第二調(diào)制器臂波導(dǎo)；分別與所述第一和第二調(diào)制器臂波導(dǎo)光耦合的第一和第二輸出分支光波導(dǎo)；和一輸出光波導(dǎo)，其與所述第一和第二輸出分支光波導(dǎo)光耦合；每個(gè)所述波導(dǎo)具有一第一導(dǎo)電類型的第一覆蓋層和第二導(dǎo)電類型的第二覆蓋層，以及一夾在所述第一覆蓋層與所述第二覆蓋層之間的光導(dǎo)層；所述第一調(diào)制器臂波導(dǎo)具有一與其所述第二覆蓋層電連接的第一電極，和一與其所述第一覆蓋層及所述第二調(diào)制器臂波導(dǎo)的所述第二覆蓋層電連接的第二電極；所述第二調(diào)制器臂波導(dǎo)具有一與其所述第一覆蓋層電連接的第三電極。
2.一種如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器，其特征在于所述第一和第三電極分別保持在第一和第二電位，而所述第二電極被施加一驅(qū)動(dòng)電壓以進(jìn)行所述調(diào)制器臂波導(dǎo)的推挽調(diào)制。
3.一種如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電壓在所述第一電位和所述第一電位與所述第二電位的大致平均值之間變化。
4.一種如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器，其特征在于從所述襯底看，所述第一覆蓋層、所述光導(dǎo)層和所述第二覆蓋層的次序在所述第一調(diào)制器臂波導(dǎo)和所述第二調(diào)制器臂波導(dǎo)之間是相反的。
5.一種如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器，其特征在于所述光導(dǎo)層是一多量子阱層。
6.一種如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器，其特征在于所述第一和第二調(diào)制器臂波導(dǎo)的每一個(gè)還有一蓋層與所述第二覆蓋層電連接。
7.一種如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器，其特征在于所述第一和第二導(dǎo)電類型分別是n型和p型，所述第一和第二電位分別是負(fù)電位和地電位。
8.一種制造半導(dǎo)體馬赫-陳德爾調(diào)制器的方法，包括如下步驟形成一個(gè)覆蓋在襯底上的合成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，所述合成臺(tái)面結(jié)構(gòu)包括一輸入光波導(dǎo)、將所述輸入的光波導(dǎo)分支的第一和第二輸入分支光波導(dǎo)，分別與所述第一和第二輸入分支光波導(dǎo)光耦合的第一和第二調(diào)制器臂波導(dǎo)，分別與所述第一和第二調(diào)制器臂波導(dǎo)光耦合的第一和第二輸出分支光波導(dǎo)，一與所述第一和第二輸出分支光波導(dǎo)光耦合的輸出光波導(dǎo)，每個(gè)所述波導(dǎo)依次具有一第一導(dǎo)電類型的第一覆蓋層、一光導(dǎo)層、一第二導(dǎo)電類型的第二覆蓋層，并形成一與所述第一調(diào)制器臂波導(dǎo)的所述第二覆蓋層電連接的第一電極，和一與所述第一調(diào)制器臂波導(dǎo)的所述第一覆蓋層及所述第二調(diào)制器臂波導(dǎo)的所述第二覆蓋層電連接的第二電極；和一與所述第二調(diào)制器臂波導(dǎo)的所述第一覆蓋層電連接的第三電極。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括如下步驟在所述襯底上連續(xù)地形成所述第一覆蓋層、所述有源層和所述第二覆蓋層，并選擇性地刻蝕所述第二覆蓋層、所述有源層和所述第一覆蓋層的頂部以形成所述合成臺(tái)面結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述選擇性蝕刻的步驟之后，選擇性地去除所述第一覆蓋層的底部，從而為所述第一和第二調(diào)制器臂波導(dǎo)的每一個(gè)的所述第一覆蓋層留下接觸區(qū)的步驟。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括除所述第二調(diào)制器臂波導(dǎo)之外連續(xù)性地形成所述合成臺(tái)面結(jié)構(gòu)的所述第一覆蓋層、所述有源層和所述第二覆蓋層，并為所述第二調(diào)制器臂波導(dǎo)連續(xù)性地生長(zhǎng)所述第二覆蓋層、所述有源層和所述第一覆蓋層的步驟。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述生長(zhǎng)步驟受選擇性生長(zhǎng)技術(shù)的影響。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括為所述第一調(diào)制器臂波導(dǎo)的所述第一覆蓋層形成接觸區(qū)域和為所述第二調(diào)制器臂波導(dǎo)的所述第二覆蓋層形成接觸區(qū)域的步驟。
全文摘要
一種半導(dǎo)體馬赫—陳德爾調(diào)制器,包括一對(duì)相位調(diào)制器臂波導(dǎo)和一用于推挽式調(diào)制的驅(qū)動(dòng)器。一與第一調(diào)制器臂的p型覆蓋層連接的第一電極保持在負(fù)壓值V
文檔編號(hào)G02F1/225GK1200492SQ9810202
公開日1998年12月2日 申請(qǐng)日期1998年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月28日
發(fā)明者清水淳一 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社