專利名稱：具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件及行波電極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件 及4亍波電纟及結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
高速光電子器件是高速光通信系統(tǒng)的核心，光電子器件的頻率響應(yīng)特性直 接決定了系統(tǒng)的信號傳輸速度。通過對光電子器件的驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè) 計可以有效地增強(qiáng)光電子器件的頻率響應(yīng)。
在半導(dǎo)體電吸收光調(diào)制器等光電子器件設(shè)計中最常見的電極結(jié)構(gòu)是集總 型電極，其結(jié)構(gòu)可以如圖l所示。在集總型電極結(jié)構(gòu)中，光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括圖l
中的p， i， n層，信號電極如圖l中頂部薄片所示，地電極接地，其如圖l中兩 側(cè)的薄片所示，光傳輸如圖l中的箭頭所示。微波信號施加在所述信號電極的 中部，具體為光傳輸方向上信號電極的中部(如圖l中的微波信號的信號源所 示)，因此微波信號在光波導(dǎo)兩端位置的反射很大。集總型電極結(jié)構(gòu)的等效電 路^t型為串聯(lián)型的RC電路，可以如圖2所示，其中電容C為器件p-i-n結(jié)構(gòu)的結(jié) 電容，R為p層和n層半導(dǎo)體材料總的串聯(lián)電阻。
使用集總型電極結(jié)構(gòu)的器件，其與頻率響應(yīng)對應(yīng)的工作帶寬受到RC時間 常數(shù)的限制。為了得到更大的工作帶寬，只有減小器件的尺寸。所以，為了達(dá) 到系統(tǒng)對半導(dǎo)體電吸收光電子器件工作帶寬的要求，應(yīng)用集總型電極結(jié)構(gòu)的光 電子器件通常具有比較小的等效長度，也就是較小的器件尺寸，但這同時也帶 來了器件的驅(qū)動電壓增加等問題。
為了突破集總型電極結(jié)構(gòu)對器件性能的限制，具體包括上述提到的工作帶 寬受RC常數(shù)限制和較小的等效長度帶來的驅(qū)動電壓增加的問題，現(xiàn)有技術(shù)中 提出了一種具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件，其結(jié)構(gòu)可以如圖3所示。信號激 勵源(excitation)加在圖3中的頂部薄片電極的一端，該信號激勵源中包括直 流偏置電壓和微波信號的疊加，亦即其中包括微波信號傳輸。地電極如圖3 中兩側(cè)的薄片所示，光傳輸如圖3中的箭頭所示。圖4示出了該具有行波電極
結(jié)構(gòu)的光電子器件的工作原理圖。如圖3和圖4中所示，在行波電極結(jié)構(gòu)中， 信號激勵源發(fā)出的微波信號被施加在信號電極的輸入端，信號電極的輸入端與 光波導(dǎo)的輸入端位置相同，微波信號在傳輸線電極中傳播，其傳輸方向與光信 號在光波導(dǎo)中的傳播方向相同。在光波導(dǎo)的輸出端，微波傳輸線電極與匹配負(fù) 載ZL (即圖3中的匹配負(fù)載Termination)相連。在孩l波信號傳輸方向上的每 一小段長度內(nèi)，器件的并聯(lián)電容被串聯(lián)電感所補(bǔ)償，從而共同作用形成一段具 有一定特征阻抗的微波傳輸線。圖5示出了采用行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件的 等效電路，每一小段長度內(nèi)所述并聯(lián)電容和串聯(lián)電感可以等效為圖5中的串聯(lián) 阻抗Zs和并聯(lián)導(dǎo)納Yp共同組成的一個雙口網(wǎng)絡(luò)，而器件整體的等效電路為所 述一系列雙口網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)而成。在微波信號傳輸方向上的每一小段長度內(nèi)，器件 的并聯(lián)電容被串聯(lián)電感所補(bǔ)償，從而共同作用形成一段具有一定特征阻抗的微 波傳輸線，進(jìn)一步降低驅(qū)動電壓。
在對現(xiàn)有技術(shù)的研究和實(shí)踐過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問
題
本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，現(xiàn)行的微波系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)器件特征阻抗是50Q。已有 的大量研究結(jié)果顯示了使用行波電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光電子器件的特征阻抗通 常比較小，其典型值處于15Q到25Q之間，這與微波系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)的50Q阻抗 相差較大，器件與微波信號源之間就會存在嚴(yán)重的微波反射，因此器件特征阻 抗與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)阻抗之間的不匹配導(dǎo)致器件高速性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件及行波 電極結(jié)構(gòu)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中器件特征阻抗與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)阻抗之間的不匹配導(dǎo)致 的器件高速性能差的技術(shù)問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子 器件及行波電極結(jié)構(gòu)如下面描述
一種包含行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件，所述行波電極由光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的 行波電極和偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極組成，通過所述光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的
行波電極和偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極的組合使得所述光電子器件的特 征阻抗與標(biāo)準(zhǔn)阻抗之差小于預(yù)設(shè)值。
一種行波電極結(jié)構(gòu)，所述行波電極由在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極和偏離 光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極組成，通過所述光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極和偏離
阻抗之差小于預(yù)設(shè)值。
由以上本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案可見，本發(fā)明偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的
行波電極，即無源部分，具有較大的阻抗；具有較小阻抗的所述光波導(dǎo)之上的 行波電極，即有源調(diào)制部分，與無源調(diào)制部分構(gòu)成的等效特征阻抗在較大頻率 范圍內(nèi)可以達(dá)到或接近微波系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)阻抗。這樣，就使得器件特征阻抗與 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)阻抗在較大的頻率范圍內(nèi)相匹配，從而保證器件具有較好的高速性 能。


圖1為現(xiàn)有^t支術(shù)中集總型電^^及的結(jié)構(gòu)圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中集總型電極的等效電路圖； 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中一種具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件的結(jié)構(gòu)圖； 圖4為現(xiàn)有技術(shù)中一種具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件的工作原理圖； 圖5為現(xiàn)有技術(shù)中一種具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件的等效電路圖； 圖6為本發(fā)明一具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖； 圖7為本發(fā)明一具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件實(shí)施例的俯視圖； 圖8為本發(fā)明另一具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件實(shí)施例的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施方 式對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明實(shí)施例具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件包括一段行波電極，所述行 波電極即微波傳輸線。信號激勵源加在所述一段行波電極的一端。所述信號激 勵源中包括直流偏置電壓和微波信號的疊加。
在所述行波電極的另一端，也就是微波傳輸線電極的另一端，與匹配負(fù)載 Z^相連.。與現(xiàn)有技術(shù)類似，因?yàn)槲⒉▊鬏斁€電極的阻抗與其后相連的匹配負(fù)
載的阻抗很接近，所以在Termination這一端反射變的很小，這使得調(diào)制效率 得以提高，因此驅(qū)動電壓可以降低。
所述一段行波電極包括在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極和偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu) 之上的行波電極兩個部分。其中，設(shè)置在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的微波傳輸線，起到 對光波導(dǎo)中光波的調(diào)制作用，這里稱之為有源調(diào)制部分(Modulator sections ) 傳輸線。對應(yīng)的，設(shè)置在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之外的微波傳輸線，即偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之 上的微波傳輸線，這部分傳輸線電極中微波信號不對光波導(dǎo)中的光波產(chǎn)生調(diào)制 作用，這里稱之為無源部分(Passive sections )傳輸線。
該器件的等效電路與圖5中類似，由一系列串聯(lián)阻抗Zs和并聯(lián)導(dǎo)納Yp組 成的雙口網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)而成。在有源調(diào)制部分傳輸線的微波信號傳輸方向上的每一 小段長度內(nèi)，器件的并聯(lián)電容被串聯(lián)電感所補(bǔ)償，從而共同作用形成一段具有 一定特征阻抗(設(shè)為ZCM)的纟鼓波傳輸線。由于器件的并聯(lián)電容被串聯(lián)電感所 補(bǔ)償，因此器件的工作帶寬可以不受器件RC時間常數(shù)的限制，這樣就可以使 器件保持高帶寬的頻率響應(yīng)特性，同時器件的長度可以適當(dāng)?shù)卦黾樱瑥亩M(jìn)一 步提高調(diào)制效率，也就可以進(jìn)一步降低驅(qū)動電壓。同時，由于器件的并聯(lián)電容 被串聯(lián)電感所補(bǔ)償，因此器件的工作帶寬可以不受器件RC時間常數(shù)的限制， 這樣就可以使器件保持高帶寬的頻率響應(yīng)特性，同時器件的長度可以適當(dāng)?shù)卦?加，從而進(jìn)一步提高調(diào)制效率，也就可以進(jìn)一步降低驅(qū)動電壓。也就是說，有 源調(diào)制部分的傳輸線與現(xiàn)有技術(shù)中光信號在光波導(dǎo)中的傳播方向相同的部分 起類似作用。通常電介質(zhì)材料會用作光電子器件的平坦化材料，無源部分傳輸 線可以在電介質(zhì)材料的表面，并與電介質(zhì)材料的表面平行。在無源部分傳輸線 的微波信號傳輸方向上的每一小段長度內(nèi)，微波傳輸線的特征阻抗為ZCB,通 常來說，無源部分傳輸線的信號電極與地電極之間為厚度較大的電介質(zhì)材料，
所以無源部分傳輸線的特征阻抗ZcB較大。
波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極分段的長度，即調(diào)整有源調(diào)制部分和/或無源部分的 長度，可以使所述光電子器件的特征阻抗與微波系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)近似相等或相等。
如現(xiàn)有的^f鼓波系統(tǒng)中的阻抗標(biāo)準(zhǔn)為則通過調(diào)整有源調(diào)制部分和/或無源 部分的長度，可以使所述光電子器件的特征阻抗接近或達(dá)到50Q。這是因?yàn)闊o 源部分傳輸線的信號電極與地電極之間為厚度較大的電介質(zhì)材料，所以無源部 分傳輸線的特征阻抗ZcB通常大于50a前面提到，現(xiàn)有技術(shù)中有源調(diào)制部分 在一個很窄的頻帶上可以達(dá)到是50Q,但是無法在大的頻率范圍內(nèi)保證都是 其典型值處于15Q到25Q之間，而無源部分具有較大的阻抗的情況下， 有源調(diào)制部分和無源調(diào)制部分組合起來可以達(dá)到或接近微波系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)阻 抗。這樣，就使得器件特征阻抗與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)阻抗在較大的頻率范圍內(nèi)相匹配， 從而保證器件具有較好的高速性能。
具體的，可以存在一預(yù)設(shè)值，如有源調(diào)制部分和無緣調(diào)制部分組合在一起 形成的器件特征阻抗在較大頻率范圍內(nèi)與微波系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)阻抗小于預(yù)設(shè)值 的情況下，則可以滿足器件特征阻抗與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)阻抗在較大的頻率范圍內(nèi)相匹 配。具體的，可以通過調(diào)整光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極(即有源調(diào)制部分傳輸 線)長度和/或偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極(即無源部分傳輸線)長度使 特征阻抗與標(biāo)準(zhǔn)阻抗之差小于預(yù)設(shè)值。例如標(biāo)準(zhǔn)阻抗為而有源調(diào)制部分 的阻抗為15Q到25Q之間的情況，可以將預(yù)設(shè)值設(shè)為5Q,則通過調(diào)整有源調(diào)
為50士5Q的范圍之內(nèi)。器件的特征阻抗在在較大的頻率范圍內(nèi)都處于這一范 圍之內(nèi)時，器件既保持了其良好的頻率響應(yīng)特性，同時器件與信號源之間的微 波反射也始終很低，從而保證器件具有較好的高速性能。進(jìn)一步地，可以通過 調(diào)整有源調(diào)制部分傳輸線至少一個分段的長度和/或無源部分傳輸線的至少一 個分段的長度，從而調(diào)整器件的特征阻抗與標(biāo)準(zhǔn)阻抗小于預(yù)設(shè)值。
所述在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極，即有源調(diào)制部分可以包括至少1個分 段。當(dāng)包括2個或2個以上的分段時，各分段長度可以相同或不同。所述偏離 光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極，即無源部分可以包括至少1個分段。當(dāng)包括2
個或2個以上的分段時，各分段長度可以相同或不同。特別的，對于無源部分， 當(dāng)包括2個或2個以上的分段時，各分段的形狀沒有限制，可以是對稱的，也 可以是非對稱的。
圖6示出了本發(fā)明具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示 意圖。該圖為側(cè)視圖，如圖所示，行波電極結(jié)構(gòu)包括以下分段XI， X2和 Yl, Y2， Y3。其中，XI， X2分段為有源調(diào)制部分，Yl， Y2和Y3分段為無 源部分。通過調(diào)整Xl, X2， Yl, Y2, Y3中任一分段或若干分段組合的長度， 可以使器件特征阻抗與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)阻抗相匹配。并且，XI與X2分)殳的長度可 以相同，也可以不同；Yl, Y2和Y3分段的長度可以相同，也可以不同。Yl, Y2和Y3分段可以對稱的，也可以是非對稱的，如圖中，Y1與Y3顯然是非 對稱的，而Y2是對稱的。
如系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)阻抗為50Q， XI與X2分段的特征阻抗較小，在25Q以下， Yl, Y2和Y3分段的特征阻抗比較大，可以接近或達(dá)到75Q。這樣，有源調(diào) 制部分與無源部分連接在一起共同構(gòu)成行波電極，則光電子器件的微波特征阻 抗在較大的頻率范圍內(nèi)保持在50Q左右，從而實(shí)現(xiàn)高速光電子器件與微波信 號源之間的阻抗匹配。
圖7示出了圖6實(shí)施例的俯視圖。如圖，Yl, XI， Y2， X2和Y3依次連 接，作為一段行波電極。信號激勵源從Y1上輸入，從Y3輸出。光傳輸?shù)姆?向如圖中所示，在光波導(dǎo)上傳輸，XI與X2在光波導(dǎo)之上。特別的，XI與 X2的長度可以相等或不等，Yl, Y2和Y3的長度可以相等或不相等且形狀不 唯一；而且，通過仿真和實(shí)驗(yàn)的手段可以證明，在有源調(diào)制部分與無源部分各 段長度各不相等的情況下，器件的高速性能更佳。
以上例舉了有源調(diào)制部分和無源部分分別包括2個分段和三個分段的情 況，當(dāng)然，也可以是有源調(diào)制部分和無源部分各包括l個或多個分段。
上述圖6和圖7所示的實(shí)施例中，信號激勵源加在偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的 行波電極上，此外，也可以加在所述光波導(dǎo)之上的行波電極上，如圖8中的示 意圖所示。
可以通過性能仿真的方式得知光電子器件的特征阻抗與標(biāo)準(zhǔn)阻抗之差是 否小于預(yù)設(shè)值，并據(jù)此調(diào)整在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極和偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之 上的行波電極的長度，具體的，可以通過調(diào)整有源調(diào)制部分至少一個分段的長 度和/或無源部分的至少一個分段的長度調(diào)整器件的特征阻抗與標(biāo)準(zhǔn)阻抗小于 預(yù)設(shè)值。
由以上實(shí)施例可見，行波電極的無源部分傳輸線具有較大的阻抗，由具有
抗可以在較大頻率范圍內(nèi)達(dá)到或接近微波系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)阻抗。這樣，就使得器 件特征阻抗與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)阻抗在較大的頻率范圍內(nèi)相匹配，從而保證器件具有較 好的高速性能。
以下介紹本發(fā)明行波電極結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，包括在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電 才及和偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極兩部分，這兩部分行波電極的等效特征阻 抗與標(biāo)準(zhǔn)阻抗之差小于預(yù)設(shè)值。
仍可以如圖6、 7、 8中所示，在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極可以包括至少 l個分段。所述偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極可以包括至少1個分段。所述 光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極包括2個或2個以上的分段時，各分萃爻長度可以相 同或不同。所述偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極包括2個或2個以上的分段時， 各分段長度可以相同或不同。所述偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極包括的分段 可以為對稱或非對稱形狀。其具體原理與前面所述類似，在此不再贅述。
目前所述標(biāo)準(zhǔn)阻抗為50Q。
雖然通過實(shí)施例描繪了本發(fā)明實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本發(fā)明 有許多變形和變化而不脫離本發(fā)明的精神，希望所附的權(quán)利要求包括這些變形 和變化而不脫離本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1、一種包含行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件，其特征在于，所述行波電極由光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極和偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極組成，通過所述光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極和偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極的組合使得所述光電子器件的特征阻抗與標(biāo)準(zhǔn)阻抗之差小于預(yù)設(shè)值。
2、 如權(quán)利要求1所述的光電子器件，其特征在于，所述光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上 的行波電極包括2個或2個以上的分段時，各分段長度相同或不同。
3、 如權(quán)利要求1所述的光電子器件，其特征在于，所述偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu) 之上的行波電極包括2個或2個以上的分段時，各分段長度相同或不同。
4、 如權(quán)利要求1所述的光電子器件，其特征在于，所述偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu) 之上的行波電極包括的分段為對稱或非對稱形狀。
5、 如權(quán)利要求1所述的光電子器件，其特征在于，還包括信號激勵源， 所述信號激勵源加在偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極上，或加在所述光波導(dǎo)之 上的行波電極上。
6、 如權(quán)利要求1所述的光電子器件，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)阻抗為50Q。
7、 一種行波電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述行波電極由在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上 的行波電極和偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極組成，通過所述光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上效特征阻抗與標(biāo)準(zhǔn)阻抗之差小于預(yù)設(shè)值。
8、 如權(quán)利要求7所述的行波電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之 上的行波電極包括2個或2個以上的分段時，各分段長度相同或不同。
9、 如權(quán)利要求7所述的行波電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述偏離光波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)之上的行波電極包括2個或2個以上的分段時，各分段長度相同或不同。
10、 如權(quán)利要求7所述的行波電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述偏離光波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)之上的行波電極包括的分段為對稱或非對稱形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有行波電極結(jié)構(gòu)的光電子器件，所述行波電極包括在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極和偏離光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之上的行波電極兩部分，從而使得器件的特征阻抗與標(biāo)準(zhǔn)阻抗之差小于預(yù)設(shè)值。本發(fā)明還公開了一種行波電極結(jié)構(gòu)。利用本發(fā)明，使得器件特征阻抗與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)阻抗在較大的頻率范圍內(nèi)相匹配，從而保證器件具有較好的高速性能。
文檔編號G02F1/01GK101183181SQ20071030214
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者于弋川 申請人:華為技術(shù)有限公司