[發明專利]一種電光開關或光衰減器

有效

• 申請號: 201210016037.4
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN103207464B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 李冰;王曉黎;陳彥青;張宗鎖
• 申請（專利權）人: 上海硅通半導體技術有限公司
• 主分類號: G02F1/025
• 分類號: G02F1/025;G02F1/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種集成光電器件，尤其是一種電光開關或光衰減器。

背景技術

采用馬赫-澤恩德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer，簡稱MZI)結構構成光波導開關是一種常見的技術。通過對MZI結構的其中一條波導臂即第一波導臂進行相位調制，使兩條波導臂產生相位差，從而實現電光開關或光衰減的功能。在美國專利7817881中，引入了波導電容器的概念，在這種波導電容器的波導芯區中能夠儲存自由載流子，用來調制波導材料的折射率。第一波導臂的相位調制是基于自由載流子色散效應。MZI結構的第一波導臂在電信號源的驅動下，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生改變，即第一波導臂中的光信號的相位發生改變。

然而，由于電信號源驅動只加載在MZI結構第一波導臂上，第一波導臂中有載流子注入的同時，其溫度也會上升，而另一條波導臂即第二波導臂上沒有加載電信號源，因此兩條波導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)和電信號源驅動下注入載流子所引起材料的折射率變化(即電效應)的趨勢是相反的，這給基于電效應的電光開關或光衰減器的工作效率造成不利影響，即兩條波導臂之間的溫度差異使得兩條波導臂之間的折射率差異無法達到預期值，導致了器件效率低下。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種電光開關或光衰減器，解決以絕緣體上硅SOI為基片的電光開關或光衰減器中MZI結構的兩 條波導臂工作溫度差異大的問題，抵消或減小因溫度差異(即熱效應)對兩條波導臂的折射率的影響，使得兩條波導臂的折射率變化差異由外加電信號源引起的第一波導臂中載流子濃度變化決定，從而提高器件效率。

本發明通過下述技術方案予以實現：

一種電光開關或光衰減器，包括一個MZI結構，所述MZI結構包括兩條并行的波導臂，即第一波導臂和第二波導臂，所述第一波導臂和第二波導臂均包括一個波導電容器結構，其中，所述第一波導臂外接第一電信號源，所述第二波導臂外接第二電信號源；在所述第一電信號源作用下，所述第一波導臂的波導電容器結構內載流子濃度發生變化；在所述第二電信號源作用下，所述第二波導臂的波導電容器結構內載流子濃度不發生變化，或該載流子濃度變化小于所述第一波導臂的波導電容器結構內載流子濃度變化；在所述第一電信號源和第二電信號源作用下，所述第一波導臂和第二波導臂的溫度變化相同或相近。

如上所述的電光開關或光衰減器，其中，所述第一波導臂和第二波導臂上的波導電容器結構均為以半導體本征區作為芯區的脊波導結構；所述第一波導臂的脊波導的兩側平板區的摻雜區的摻雜類型相反；所述第二波導臂的脊波導的平板區包括兩個或兩個以上的摻雜區，分列所述脊波導的波導脊的兩側，所述摻雜區的摻雜類型可以相同或相反。在一些實施例中，所述第一波導臂的脊波導的波導脊兩側的摻雜區的摻雜類型相反，構成PIN二極管結構，所述第二波導臂的脊波導的波導脊兩側的摻雜區的摻雜類型相反，構成PIN二極管結構，所述第二波導臂的摻雜區的摻雜濃度小于所述第一波導臂的摻雜區的摻雜濃度。在另一些實施例中，所述第一波導臂的脊波導的波導脊兩側的摻雜區的摻雜類型相反，構成PIN二極管結構，所述第二波導臂的脊波導的波導脊兩側的摻雜區的摻雜類型相同，構成NIN或者PIP結構。在其他實施例中，所述第二波導臂的脊波導的平板區包括三個摻雜區，其中第一摻雜區位于所述脊波導的波導脊靠近所述第一波導臂的一側，第二摻雜區和第三摻雜區位于所述脊波導的波導脊遠離所述第一波導臂的一側；所述第二摻雜區相對于第三摻雜區在靠近所述第一波導臂的一側；所述第一摻雜區和第二摻雜區摻雜與所述第二波導臂的 脊波導的襯底半導體類型相同的摻雜物，所述第三摻雜區摻雜與前述襯底半導體類型相反的摻雜物。

如上所述的電光開關或光衰減器，其中，所述第一波導臂與第二波導臂上方覆蓋有一層氧化物層，所述氧化層通過刻蝕形成電極接觸孔，所述電極接觸孔內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體材料；通過對所述半導體材料進行摻雜，使所述半導體材料內部在正負電極之間形成反向偏置的PN結，從而所述氧化層上的半導體材料成為良好的導熱層但不會在電極間引入電流。在一些實施例中，所述半導體材料為多晶硅。