專利名稱：耐潮電光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙光子微細(xì)加工的三維超分辨衍射光學(xué)器件及其設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)背景隨著微納技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的飛速發(fā)展，人們對(duì)微細(xì)加工的要求不僅向縮小尺寸和提高精度方 向進(jìn)行，而且越來越向著加工多樣化和器件三維化方面發(fā)展。針對(duì)后兩項(xiàng)要求，二十世紀(jì)九十 年代中后期正式興起的飛秒激光雙光子微細(xì)加工方法成為對(duì)傳統(tǒng)微納加工技術(shù)的重要補(bǔ)充。飛秒激光雙光子微細(xì)加工技術(shù)涉及現(xiàn)代光學(xué)、電子學(xué)、激光技術(shù)、精密儀器、計(jì)算機(jī)技術(shù) 及智能控制等技術(shù)領(lǐng)域，已成為近來微納加工技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的飛秒激光雙光子微 細(xì)加工系統(tǒng)如圖l所示，主要結(jié)構(gòu)包括飛秒激光器、光路開關(guān)、光束衰減器件、擴(kuò)束器、全反 射鏡、顯微物鏡、微動(dòng)臺(tái)等。飛秒激光雙光子微細(xì)加工原理是通過計(jì)算機(jī)控制程序控制微動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)，使得飛秒激光束的聚焦點(diǎn)在光刻膠體內(nèi)按預(yù)定路徑進(jìn)行掃描，并在預(yù)定位 置打開光閘，使得焦點(diǎn)處產(chǎn)生瞬時(shí)超強(qiáng)光場(chǎng)，引發(fā)該處光刻膠發(fā)生雙光子聚合反應(yīng)，并能在隨 后的顯影過程中得以保留下來(負(fù)膠)或被沖洗掉(正膠)。在完成全部路徑的掃描后，對(duì)光刻膠進(jìn) 行顯影即可得到所需的微細(xì)結(jié)構(gòu)。因此，每次打開光閘所得到的聚合點(diǎn)即為最小成型物，該點(diǎn) 的空間尺寸即直接反應(yīng)了雙光子微細(xì)加工系統(tǒng)的加工分辨率。在現(xiàn)有的飛秒激光雙光子微細(xì)加工系統(tǒng)中，由于受衍射現(xiàn)象的限制，其加工分辨率難以進(jìn) 一步提高。目前為提高加工分辨率所采取的方法通常有提高顯微物鏡的數(shù)值孔徑、采用浸液式 加工方法、減小入射激光功率和縮短單點(diǎn)曝光時(shí)間等。前兩種方法依賴于顯微物鏡生產(chǎn)廠商所 提供的器件，而且目前物鏡數(shù)值孔徑已難以繼續(xù)提高，后兩種調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的方法實(shí)際上只能 無限接近現(xiàn)有系統(tǒng)的理論分辨率，無法在實(shí)質(zhì)上提高雙光子加工分辨率。在另一方面，光瞳濾波方法通過在光路中加入特制的衍射光學(xué)器件，能夠有效地改善成像 分辨特性，提高光學(xué)系統(tǒng)分辨率。通常情況下，衍射光學(xué)器件的不同區(qū)域?qū)θ肷涔饩哂胁煌?透過率和相移量，平面波經(jīng)過該衍射器件后振幅和相位就會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，最終經(jīng)過聚焦得 到的焦斑光強(qiáng)分布也將發(fā)生相應(yīng)的變化，對(duì)衍射器件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)便可實(shí)現(xiàn)分辨率增強(qiáng)。衍射 光學(xué)器件一般分為純相位型、純振幅型及相位振幅混合型三類。現(xiàn)有的研究證實(shí)純相位型衍射 器件可獲得最大的衍射效率和設(shè)計(jì)自由度，Ando Hideo則進(jìn)一步說明對(duì)于同心環(huán)形純相位型衍 射器件，僅當(dāng)入射光經(jīng)過相鄰區(qū)域后相位相差^時(shí)可以得到最優(yōu)的分辨率增強(qiáng)效果(Jpn. J. Appl.25。C下處于約1017-1019 Q-cm范圍內(nèi)。下緩沖層1180、 1186通常采用多種已知方法中 的一種制成，如真空沉積、離子輔助真空沉積、賊射或化學(xué)氣相沉積(CVD)。下緩沖 層1180、 1186的厚度通常在約0.05-1 pm范圍內(nèi)，更常見的是在約0.1-0.5 pm范圍內(nèi)。 如果下緩沖層采用Si02制成，則在沉積之后可能需要經(jīng)歷退火步驟。[114]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電光器件1100的加工方法是首先沉積下緩沖層材 料并隨后進(jìn)行退火和蝕刻，以形成下分支緩沖層1180、 1186,之后是沉積偏壓電極材料 并隨后進(jìn)行蝕刻，以形成偏壓電極1170、 1172、 1174、 1176。[115〗有利的是，分別延伸至波導(dǎo)526、 524上方的上方分支部分1170b、 1176b可顯著 提高偏壓電極結(jié)構(gòu)調(diào)制效率。下分支部分1170a、 1176a不僅可以增強(qiáng)所施加的電場(chǎng)， 還有助于限制緩沖層1180、 1186中的任何水平離子導(dǎo)電，因?yàn)榇祟悓?dǎo)電會(huì)抵消由每個(gè) 偏壓信號(hào)電極1170、 1176所施加的電場(chǎng)。[116]此外，有利的是，上方分支部分1170b、 1176b形成了部分蓋，從而減小了光學(xué)損 耗。此外，分支部分1170b、 1176b的內(nèi)側(cè)底部拐角可分別用于將所施加的電場(chǎng)會(huì)聚至 底層波導(dǎo)526、 524上。[117]參見

圖12,圖中示出了根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方式的電光器件的截面圖。電光器 件1200包括基片510、第一光波導(dǎo)524和第二光波導(dǎo)526、射頻信號(hào)電極540、射頻接 地電極542、 544、上緩沖層550、滲漏層560、第一偏壓信號(hào)電極1270和第二偏壓信號(hào) 電極1276、偏壓接地電極1272、 1274以及下緩沖層1280、 1286。[118]基片510、第一光波導(dǎo)524和第二光波導(dǎo)526、射頻信號(hào)電極540、射頻接地電極 542、 544、上緩沖層550和滲漏層560均如上文所迷。[119]第一偏壓信號(hào)電極1270、第二偏壓信號(hào)電極1276、第一偏壓接地電極1274和第 二偏壓接地電極1272均由基片510支7泉。偏壓電極1270、 1272、 1274、 1276是用于在 光波導(dǎo)兩端施加低頻或直流電壓的偏壓電極結(jié)構(gòu)的組成部分。第一偏壓信號(hào)電極1270 和第二偏壓信號(hào)電極1276二者中的每一個(gè)均分別包括下分支部分1270a、 1276a和部分 蓋部分1270b、 1276b。部分蓋部分1270b、 1276b分別至少部分延伸至緩沖層1280、 1286 上方。[120]偏壓電極1270、 1272、 1274、 1276中的每一個(gè)通常均由高電阻率材料制成，如氮 化硅鉭(TaSiN)、非晶硅(Si)、氧化銦(ln203 )、氧化錫(Sn02)、氧化鋅(ZnO )等。采用高電阻率材料可使偏壓電極1270、 1272、 1274、 1276在低頻下具有導(dǎo)電性， 而在高頻下起介電作用。因此，偏壓電極對(duì)由射頻電極生成的電場(chǎng)有效透明。偏壓電極 材料的合適的電阻率值處于射頻電極材料與基片的電阻率值之間。例如，TaSiN在25°C 下的電阻率通常處于約104-106 0《111范圍內(nèi)，即處于 2.3xlO-6Q-cm( Au)和~1.3xl017 Q -cm ( LiNb03)之間。偏壓電極材料在25°C下，電阻率優(yōu)選處于約l-108 Q-cm范圍 內(nèi)，更優(yōu)選處于約10M(^Q-cm之間，最優(yōu)選處于約104-106 。-011之間。確定該優(yōu)選范 圍的依據(jù)是電阻率較低的材料通常可實(shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)時(shí)間，而電阻率較高的材料則會(huì) 由于偏壓電極接近波導(dǎo)而使光學(xué)損耗減小。采用高電阻率偏壓電極材料也可能會(huì)減小與 射頻信號(hào)的耦合，從而減小射頻信號(hào)電極的單位長(zhǎng)度凈射頻損耗。每個(gè)偏壓電極1270、 1272、 1274、 1276均可由用于制作滲漏層560的材料來制成，也可以采用不同的材料。 方便的是，當(dāng)偏壓電極1270、 1272、 1274、 1276和滲漏層用相同材料(如TaSiN)制 造時(shí)，加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。偏壓電極1270、 1272、 1274、 1276可以采用多種已知方法 中的一種進(jìn)行加工，包括沉積和賊射。偏壓電極1270、 1276的厚度通常處于約0.05-0.5 Hm范圍內(nèi)，更常見于約0.05-0.25 pm之間。[121]下緩沖層1280、 1286分別用作光波導(dǎo)526、 524與偏壓信號(hào)電極1270、 1276的上 覆的部分蓋段之間的隔離層。因此，下緩沖層1280、 1286通常采用可透過感興趣波長(zhǎng) (如1.55 ^un)光的材料制造。在一種實(shí)施方式中，下緩沖層1280、 1286采用基本不導(dǎo) 電的介電材料制成，如二氧化硅(Si02)或苯并環(huán)丁烯(BCB)。在另一種實(shí)施方式中， 下緩沖層1280、 1286則由介電材料制成，如Si02,對(duì)該材料采用濺射工藝，使之呈現(xiàn) 較小的固有電導(dǎo)率。而在又另一種實(shí)施方式中，下緩沖層1280、 1286由具有較小電導(dǎo) 率的介電材料制成，如摻有雜質(zhì)或植入離子的Si02。通常，下緩沖層的電阻率在25。C 下處于約1017-10190-011范圍內(nèi)。下緩沖層1280、 1286通常采用多種已知方法中的一種 制成，如真空沉積、離子輔助真空沉積、濺射或化學(xué)氣相沉積(CVD)。下緩沖層1280、 1286的厚度通常在約0.05-1 nm范圍內(nèi)，更常見的是在約0.1-0.5 |im范圍內(nèi)。如果下緩 沖層采用Si02制成，則在沉積之后可能需要經(jīng)歷退火步驟。[122] 4艮據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電光器件1200的加工方法是首先沉積下緩沖層材 料并隨后進(jìn)行退火和蝕刻，以形成下分支緩沖層1280、 1286,之后是沉積偏壓電極材料并隨后進(jìn)行蝕刻，以形成偏壓電極1270、 1272、 1274、 1276。[123]有利的是，分別延伸至波導(dǎo)526、 524上方的部分蓋部分1270b、 1276b可顯著提高偏壓電才及結(jié)構(gòu)調(diào)制效率。下分支部分1270a、 1276a不僅可以增強(qiáng)所施加的電場(chǎng)，還 有助于限制緩沖層1280、 1286中的任何水平離子導(dǎo)電，因?yàn)榇祟悓?dǎo)電會(huì)抵消由每個(gè)偏 壓信號(hào)電極1270、 1276所施加的電場(chǎng)。[124]此外，有利的是，由于部分蓋部分1270b、 1276b沒有分別完全延伸至波導(dǎo)526、 524上方，所以減小了光學(xué)損耗。此外，部分蓋部分1270b、 1276b的內(nèi)側(cè)底部拐角可分 別用于將所施加的電場(chǎng)會(huì)聚至底層波導(dǎo)526、 524上。[125]參見圖13,圖中示出了根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方式的電光器件的截面圖。電光器 件1300包括基片510、第一光波導(dǎo)524和第二光波導(dǎo)526、射頻信號(hào)電極540、射頻接 地電極542、 544、上緩沖層550、滲漏層560、第一偏壓信號(hào)電極1370和第二偏壓信號(hào) 電極1376、偏壓接地電極1372、 1374,以及下緩沖層1380、 1386。[126]基片510、第一光波導(dǎo)524和第二光波導(dǎo)526、射頻信號(hào)電極540、射頻接地電極 542、 544、上緩沖層550和滲漏層560均如上文所述。[127]第一偏壓信號(hào)電極1370、第二偏壓信號(hào)電極1376、第一偏壓接地電極1374和第 二偏壓接地電極1372均由基片510支承。偏壓電極1370、 1372、 1374、 1376是用于在 光波導(dǎo)兩端施加低頻或直流電壓的偏壓電極結(jié)構(gòu)的組成部分。偏壓信號(hào)電極1370、 1376 分別延伸至緩沖層的第一區(qū)域1380和第二區(qū)域1386上方。[128]偏壓電極1370、 1372、 1374、 1376中的每一個(gè)通常均由高電阻率材料制成，如氮 化硅鉭(TaSiN)、非晶硅(Si)、氧化銦(ln203)、氧化錫(Sn02)、氣化鋅(ZnO) 等。采用高電阻率材料可使偏壓電極1370、 1372、 1374、 1376在低頻下具有導(dǎo)電性， 而在高頻下起介電作用。因此，偏壓電極對(duì)由射頻電極生成的電場(chǎng)有效透明。偏壓電極 材料的合適的電阻率值處于射頻電極材料與基片的電阻率值之間。例如，TaSiN在25°C 下的電阻率通常處于約104-106 0- 11范圍內(nèi)，即處于 2.3xlO—6Q-cm(Au)和~1.3><1017 Q-cm (LiNb03)之間。偏壓電極材料在25°C下，電阻率優(yōu)選處于約l-108Q-cm范圍內(nèi)， 更優(yōu)選處于約10、1(^Q-cm之間，最優(yōu)選處于約10、1(^Q-cm之間。確定該優(yōu)選范圍的 依據(jù)是電阻率較低的材料通?？蓪?shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)時(shí)間，而電阻率較高的材料則會(huì)由于 偏壓電極接近波導(dǎo)而使光學(xué)損耗減小。采用高電阻率偏壓電極材料也可能會(huì)減小與射頻 信號(hào)的耦合，從而減小射頻信號(hào)電極的單位長(zhǎng)度凈射頻損耗。每個(gè)偏壓電極1370、 1372、 1374、 1376均可由用于制作滲漏層560的材料來制成，也可以采用不同的材料。 方便的是，當(dāng)偏壓電極1370、 1372、 1374、 1376和滲漏層用相同材料(如TaSiN)制造時(shí)，加工工藝相對(duì)筒單。偏壓電極1370、 1372、 1374、 1376可以采用多種已知方法 中的一種進(jìn)行加工，包括沉積和賊射。偏壓電極1370、 1376的厚度通常處于約0.05-0.5 pm范圍內(nèi)，更常見于約0.05-0.25 pm之間。[129]下緩沖層1380、 1386分別用作光波導(dǎo)526、 524與覆蓋偏壓信號(hào)電極1370、 1376 之間的隔離層。因此，下緩沖層1380、 1386通常采用可透過感興趣波長(zhǎng)(如1.55 [im) 光的材料制造。由于偏壓信號(hào)電極1370、 1376不與基片510直接接觸，下緩沖層1380、 1386優(yōu)選采用至少具備一定導(dǎo)電性的材料制成。例如，在一種實(shí)施方式中，下緩沖層 1380、 1386由介電材料制成，如Si02,對(duì)該材料采用濺射工藝，使之呈現(xiàn)較小的固有 電導(dǎo)率，或者在其中4參有雜質(zhì)或植入有離子，以提高導(dǎo)電性。通常，下緩沖層1380、 1386 的電阻率在25。C下處于約1017-10190-011范圍內(nèi)。下緩沖層1380、 1386通常采用多種 已知方法中的一種制成，如真空沉積、離子輔助真空沉積、濺射或化學(xué)氣相沉積(CVD)。 下緩沖層1380、 1386的厚度通常在約0.05-1 )imi范圍內(nèi)，更常見的是在約0.1-0.5 范 圍內(nèi)。如果下緩沖層采用Si02制成，則在沉積之后可能需要經(jīng)歷退火步驟。[130]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電光器件1300的加工方法是首先沉積下緩沖層材 料并隨后進(jìn)行退火和蝕刻，以形成下緩沖層1380、 1386,之后是沉積偏壓電極材料并隨 后進(jìn)行蝕刻，以形成偏壓電極1370、 1372、 1374、 1376。[131]有利的是，下l^沖層1380、 1386可以顯著減小波導(dǎo)526、 524中由覆蓋偏壓信號(hào) 電極1370、 1376而導(dǎo)致的光學(xué)損耗。[132]此外，有利的是，圖13所示的非分支偏壓信號(hào)電極的加工復(fù)雜程度要低于圖4、 圖11和圖12所示的分支偏壓信號(hào)電極。此外，有利的是，圖13所示的非分支偏壓電 極對(duì)其下方的光波導(dǎo)施加的機(jī)械應(yīng)力更為均勻，因此隨溫度而變化的差分機(jī)械應(yīng)力更 小，使兩個(gè)波導(dǎo)內(nèi)的相對(duì)光學(xué)相位對(duì)溫度的敏感度降低。相對(duì)光學(xué)相位的改變會(huì)導(dǎo)致 MZ的偏壓點(diǎn)出現(xiàn)不合需要的偏移。[133]參見圖14,圖中示出了根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方式的電光器件的截面圖。電光器 件1400包括基片510、第一光波導(dǎo)524和第二光波導(dǎo)526、射頻信號(hào)電極540、射頻接 地電極542、 544、上緩沖層550、滲漏層560、第一偏壓信號(hào)電極1470和第二偏壓信號(hào)電極1476、偏壓接地電極1472、 1474,以及下緩沖層1485。[134]基片510、第一光波導(dǎo)524和第二光波導(dǎo)526、射頻信號(hào)電極540、射頻接地電極542、 544、上緩沖層550和滲漏層560均如上文所述。第一偏壓信號(hào)電極1470、第二偏壓信號(hào)電極1476、第一偏壓接地電極1474和第 二偏壓接地電極1472均由基片510支承。偏壓電極1470、 1472、 1474、 1476是用于在 光波導(dǎo)兩端施加低頻或直流電壓的偏壓電極結(jié)構(gòu)的組成部分。每個(gè)偏壓信號(hào)電極1470、 1476均延伸至緩沖層1485上方。偏壓電極1470、 1472、 1474、 1476中的每一個(gè)通常均由高電阻率材料制成，如氮 化硅鉭(TaSiN)、非晶硅(Si)、氧化銦(ln203)、氧化錫(Sn02 )、氧化鋅(ZnO) 等。采用高電阻率材料可使偏壓電極1470、 1472、 1474、 1476在低頻下具有導(dǎo)電性， 而在高頻下起介電作用。因此，偏壓電極對(duì)由射頻電極生成的電場(chǎng)有效透明。偏壓電極 材料的合適的電阻率值處于射頻電極材料與基片的電阻率值之間。例如，TaSiN在25°C 下的電阻率通常處于約1()4-106Q-cm范圍內(nèi)，即處于 2.3xl(y6Q-cm ( Au)和 1.3x1017
Q-cm ( LiNb03)之間。偏壓電極材料在25°C下，電阻率優(yōu)選處于約1 -10s Q-cm范圍內(nèi)， 更優(yōu)選處于約102-107 0-011之間，最優(yōu)選處于約10MC^Q-cm之間。確定該優(yōu)選范圍的 依據(jù)是電阻率較低的材料通?？蓪?shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)時(shí)間，而電阻率較高的材料則會(huì)由于 偏壓電極接近波導(dǎo)而使光學(xué)損耗減小。采用高電阻率偏壓電極材料也可能會(huì)減小與射頻 信號(hào)的耦合，從而減小射頻信號(hào)電極的單位長(zhǎng)度凈射頻損耗。每個(gè)偏壓電極1470、 1472、 1474、 1476均可由用于制作滲漏層560的材料來制成，也可以采用不同的材料。 方便的是，當(dāng)偏壓電極470、 1472、474、 1476和滲漏層用相同材料(如TaSiN)制 造時(shí)，加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。偏壓電極1470、 1472、 1474、 1476可以采用多種已知方法 中的一種進(jìn)行加工，包括沉積和賊射。偏壓電極1470、 1476的厚度通常處于約0.05-0.5 pm范圍內(nèi)，更常見于約0.05-0.25 pm之間。下緩沖層1485分別用作光波導(dǎo)526、 524與覆蓋偏壓信號(hào)電極1470、 1476之間的 隔離層。因此，下緩沖層1485通常采用可透過感興趣波長(zhǎng)(如1.55 pm)光的材料制造。 由于偏壓信號(hào)電極1470、 1476不與基片510直接接觸，下緩沖層1485優(yōu)選采用至少具 備一定導(dǎo)電性的材料制成。例如，在一種實(shí)施方式中，下緩沖層1485由介電材料制成， 如Si02,對(duì)該材料采用賊射工藝，使之呈現(xiàn)較小的固有電導(dǎo)率，或者在其中摻有雜質(zhì)或 植入有離子，以提高導(dǎo)電性。通常，下緩沖層1485的電阻率在25。C下處于約IO'MO'9 Q-cm范圍內(nèi)。下緩沖層1485通常采用多種已知方法中的一種制成，如真空沉積、離子輔助真空沉積、濺射或化學(xué)氣相沉積(CVD)。下緩沖層1485的厚度通常在約0.05-1 nm 范圍內(nèi)，更常見的是在約0.1-0.5 ^m范圍內(nèi)。[138]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電光器件1400的加工方法是首先沉積平坦化下緩 沖層1485,再沉積偏壓電才及材料并隨后進(jìn)行蝕刻，以形成偏壓電極1470、 1472、 1474、 1476?？赡芤残枰?jiǎng)冸x(lift-off)工藝來對(duì)偏壓電極進(jìn)行圖案化設(shè)計(jì)。[139]有利的是，下緩沖層1485可以顯著減小波導(dǎo)526、524中由覆蓋偏壓信號(hào)電極1470、 1476而導(dǎo)致的光學(xué)損耗。[140]此外，有利的是，圖14所示的非分支偏壓信號(hào)電極的加工復(fù)雜程度要低于圖4、 圖11和圖12所示的分支偏壓信號(hào)電極。此外，由于下緩沖層1485不需要像參照?qǐng)D5a、 圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12和圖13介紹的下緩沖層一樣經(jīng)歷圖案化 設(shè)計(jì)，電光器件1400的加工較為簡(jiǎn)單。此外，有利的是，圖14所示的非分支偏壓電極 對(duì)其下方的光波導(dǎo)施加的機(jī)械應(yīng)力更為均勻，因此隨溫度而變化的差分機(jī)械應(yīng)力更小， 使兩個(gè)波導(dǎo)內(nèi)的相對(duì)光學(xué)相位對(duì)溫度的敏感度降低。相對(duì)光學(xué)相位的改變會(huì)導(dǎo)致MZ的 偏壓點(diǎn)出現(xiàn)不合需要的偏移。[141]值得注意的是，平坦化的下緩沖層(如1485等)可能包含在參照?qǐng)D5a、圖6、圖 7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12和圖13介紹的任何一種實(shí)施方式中。特別地，在 這些實(shí)施方式中披露的任何偏壓信號(hào)電極均可被沉積在已在基片上沉積的平坦化緩沖 層上，而非直接沉積在基片上。例如圖15中所示的實(shí)施方式，它類似于參照?qǐng)D5a介紹 的實(shí)施方式。[142]電光器件1500包括基片510、第一光波導(dǎo)524和第二光波導(dǎo)526、射頻信號(hào)電極 540、射頻接地電極542、 544、上緩沖層550、滲漏層560、第一偏壓信號(hào)電極1570和 第二偏壓信號(hào)電極1576、偏壓接地電極1572、 1574，以及下緩沖層1585。[143]基片510、第一光波導(dǎo)524和第二光波導(dǎo)526、射頻信號(hào)電極540、射頻接地電極 542、 544、上緩沖層550和滲漏層560均如上文所述。[144]第一偏壓信號(hào)電+及1570、第二偏壓信號(hào)電極1576、第一偏壓接地電極1574和第 二偏壓接地電極1572均由基片510支承。偏壓電極1570、 1572、 1574、 1576是用于在 光波導(dǎo)兩端施加低頻或直流電壓的偏壓電極結(jié)構(gòu)的組成部分。第一偏壓信號(hào)電極1570 和第二偏壓信號(hào)電極1576中的每一個(gè)均包括下分支部分和橋接相應(yīng)的下分支部分的上蓋段。[145]偏壓電極1570、 1572、 1574、 1576中的每一個(gè)通常均由高電阻率材料制成，如氮 化硅鉭(TaSiN)、非晶硅(Si)、氧化銦(ln203)、氧化錫(Sn02)、氧化鋅(ZnO) 等。采用高電阻率材料可使偏壓電極1570、 1572、 1574、 1576在低頻下具有導(dǎo)電性， 而在高頻下起介電作用。因此，偏壓電才及對(duì)由射頻電才及生成的電場(chǎng)有效透明。偏壓電極 材料的合適的電阻率值處于射頻電極材料與基片的電阻率值之間。例如，TaSiN在25°C 下的電阻率通常處于約104-106 0-(;111范圍內(nèi)，即處于 2.3xl(r6Q-cm(Au)和~1.3xl017 Q -cm (LiNb03)之間。偏壓電極材料在25。C下，電阻率優(yōu)選處于約l-108 Q-cm范圍 內(nèi)，更優(yōu)選處于約10、10 Q-cm之間，最優(yōu)選處于約10、1(^Q-cm之間。確定該優(yōu)選范 圍的依據(jù)是電阻率較低的材料通?？蓪?shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)時(shí)間，而電阻率較高的材料則會(huì) 由于偏壓電極接近波導(dǎo)而使光學(xué)損耗減小。釆用高電阻率偏壓電極材料也可能會(huì)減小與 射頻信號(hào)的耦合，從而減小射頻信號(hào)電極的單位長(zhǎng)度凈射頻損耗。每個(gè)偏壓電極1570、 1572、 1574、 1576均可由用于制作滲漏層560的材料來制成，也可以采用不同的材料。 方便的是，當(dāng)偏壓電極1570、 1572、 1574、 1576和滲漏層用相同材料(如TaSiN)制 造時(shí)，加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。偏壓電極1570、 1572、 1574、 1576可以采用多種已知方法 中的一種進(jìn)行加工，包括沉積和賊射。偏壓電極1570、 1576的厚度通常處于約0.05-0.5 pm范圍內(nèi)，更常見于約0.05-0.25 |im之間。[146]下緩沖層1585分別用作光波導(dǎo)526、 524與偏壓信號(hào)電極1570、 1576的上覆的蓋 段之間的隔離層。因此，下緩沖層1585通常采用可透過感興趣波長(zhǎng)(如1.55 pm)光的 材料制造。由于偏壓信號(hào)電極1570、 1576不與基片510直接接觸，下緩沖層1585優(yōu)選 采用至少具備一定導(dǎo)電性的材料制成。例如，在一種實(shí)施方式中，下緩沖層1585由介 電材料制成，如二氧化硅(Si02),對(duì)該材料采用濺射工藝，使之呈現(xiàn)較小的固有電導(dǎo) 率，或者在其中摻有雜質(zhì)或植入有離子，以使其呈現(xiàn)更高的導(dǎo)電性。通常，下緩沖層1585 的電阻率在25。C下處于約10叱10"Q-cm范圍內(nèi)。下緩沖層1585通常采用多種已知方 法中的一種制成，如真空沉積、離子輔助真空沉積、賊射或化學(xué)氣相沉積(CVD)。下 緩沖層1585的厚度通常在約0.05-1 pm范圍內(nèi)，更常見的是在約0.1-0.5 [im范圍內(nèi)。[147]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電光器件1500的加工方法是在基片510上沉積平 坦化下緩沖層1585,蝕刻下緩沖層1585 (如向下蝕刻到一半深度處)，以形成容納偏 壓信號(hào)電極1570、 1576下分支部分的槽，再沉積偏壓電極材料，并蝕刻偏壓電極材料，以形成偏壓電極1570、 1572、 1574、 1576。偏壓電極1570和1576的厚度可能基本恒定， 更符合下緩沖層1585的形狀。[148]有利的是，本加工方法可以相對(duì)均一地加工偏壓電才及的下部。例如，偏壓電才及材 料蝕刻中的對(duì)準(zhǔn)誤差將不會(huì)導(dǎo)致下部寬度不等。[149]在參照?qǐng)D5a、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14和圖 15介紹的每一種實(shí)施方式中，電光器件包括基本上沉積在波導(dǎo)上的偏壓電極，具有中間 下緩沖層。值得注意的是，這與美國專利申請(qǐng)?zhí)?006/0023288和美國專利號(hào)7,127,128 中所述的實(shí)施方式相反，它們中偏壓電極均相對(duì)波導(dǎo)橫向偏移，且其中偏壓信號(hào)電極下 方的緩沖層被省去，以減小直流漂移并提高偏壓電極調(diào)制效率。[150]在上述每一種實(shí)施方式中，下緩沖層均可顯著減小因覆蓋偏壓信號(hào)電極導(dǎo)致的波 導(dǎo)526、 524中的光學(xué)損耗。例如在沒有下緩沖層的情況下，直接沉積在Z切LiNb03 光調(diào)制器內(nèi)波導(dǎo)上的高電阻率偏壓電極材料(如TaSiN )將導(dǎo)致約1-2 dB/mm的光學(xué)損 耗，對(duì)30mm的電極將轉(zhuǎn)換為30-60dB。在有0.3 mm厚的下緩沖層的條件下，光學(xué)損 耗會(huì)顯著減小，相比器件中其他光學(xué)損耗機(jī)制幾乎可忽略不計(jì)。[151]在上述每一種實(shí)施方式中，偏壓電極調(diào)制效率將至少部分取決于每個(gè)下緩沖層的 厚度及其導(dǎo)電性。例如，較薄的下緩沖層將提高調(diào)制效率，但是以光學(xué)損耗的提高為代 價(jià)。[152]參照?qǐng)D5a、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14和圖15 所述的電光器件的性能改善可通過適當(dāng)?shù)钠珘弘姌O結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。[153]圖16、圖17a、圖17b、圖17c、圖18和圖19示出了 一些可能的偏壓電極結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)。為了示例，圖16和圖17a、圖17b、圖17c所示的實(shí)施方式采用參照?qǐng)D5a介紹的 電光器件500來說明，而波導(dǎo)524、 526均被加工以形成Mach-Zehnder干涉儀。當(dāng)然， 本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將能夠按照本發(fā)明的其他實(shí)施方式來調(diào)整這些偏壓電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 為筒化附圖，平面視圖中省略了射頻電極結(jié)構(gòu)540、 542、 544。[154]參見圖16,圖中示出了偏壓電極結(jié)構(gòu)570、 572、 574、 576基本上遮蓋住射頻電 極結(jié)構(gòu)(未示出)的實(shí)施方式。例如，每個(gè)偏壓信號(hào)電極570、 576均包括伸長(zhǎng)的下分 支部分，它用伸長(zhǎng)的上蓋段蓋住，兩者均基本上沿干涉儀臂平行段的長(zhǎng)度(即相互作用 距離)布設(shè)在射頻電極結(jié)構(gòu)下方。接地電極572、 574具有地電位。偏壓信號(hào)電極570被耦合至提供偏壓(如+5V)的低頻或直流電源。也可選擇將另一個(gè)偏壓信號(hào)電極576 也耦合至提供另一偏壓(如-5V)的低頻或直流電源(未示出)。在本實(shí)施方式中，沿 A-A線的截面圖對(duì)應(yīng)于圖5a中示出的截面圖。[155]現(xiàn)在參見圖17a，在圖中所示的實(shí)施方式中，偏壓接地電極574、 572和偏壓信號(hào) 電極570、 576被分段，以抑制射頻信號(hào)沿其長(zhǎng)度的傳播，并減小沿其長(zhǎng)度的累積機(jī)械 應(yīng)力。更具體而言，偏壓電極材料的加工要使被分段的偏壓信號(hào)電極570、 576通過在 偏壓接地電極段574、 572之間延伸的饋線耦合至外部偏壓信號(hào)電極571、 577。通常， 外部偏壓信號(hào)電極571、 577被加工成具有相對(duì)較低的串聯(lián)電阻，以補(bǔ)償分別由窄的分 段偏壓電極570、 576所引入的高串聯(lián)電阻。特別地，低串聯(lián)電阻提供了將偏壓信號(hào)電 壓以最小的壓降施加于偏壓信號(hào)電極570、 576的方式。在一種實(shí)施方式中，串聯(lián)電阻 的減小是通過提供較寬的外部偏壓信號(hào)電極571、 577來實(shí)現(xiàn)。而在另一種實(shí)施方式中， 串聯(lián)電阻的減小則是通過在每個(gè)外部偏壓信號(hào)電極571、 577之上分別覆以金屬薄膜 573、 579 (如Cr、 Ni/Cr (鎳/鉻)、Ti/W和/或Au)的方式得以實(shí)現(xiàn)。[156]如上所述，分段偏壓信號(hào)電極570、 576在多個(gè)饋電點(diǎn)分別被耦合至外部偏壓電 極571、 577。為了示例，對(duì)每個(gè)偏壓信號(hào)電極示出了 3個(gè)饋電點(diǎn)。在其他實(shí)施方式中， 每0.25-5 mm有一個(gè)饋電點(diǎn)。饋電點(diǎn)之間的間隔可以是固定的或沿波導(dǎo)長(zhǎng)度變化。例如， 在后一種情況下，饋電點(diǎn)之間的間距可能以遞增方式變化(即讓后續(xù)每一間距均不同) 或階梯式變化(即至少有一些后續(xù)間距相同)。改變間距可以實(shí)現(xiàn)對(duì)偏壓電極頻率響應(yīng) 的定制。例如，采用多種間距的設(shè)計(jì)可形成多個(gè)任意幅值的時(shí)間常數(shù)，以確定偏壓電極 的時(shí)域響應(yīng)。偏壓電極的時(shí)域響應(yīng)可被定制用以補(bǔ)償在基片體內(nèi)或接近表面處出現(xiàn)的其 他弛豫效應(yīng)。[157]如圖17b中沿B-B線的截面圖所示，將分段偏壓信號(hào)電極570、 576分別耦合至 外部偏壓信號(hào)電極571、 577的饋線與下分支部分處于相同電平。在本實(shí)施方式中，電 光器件的加工工藝與上述電光器件500的加工工藝相同。[158]如困17c中沿C-C線的截面圖所示，每個(gè)分段偏壓接地電極574、572經(jīng)通孔(via) 575 (如通過蝕刻滲漏層和緩沖層而生成的Au通孔)被電耦合至重疊的射頻接地電極 542、 544。[159]射頻接地電極542、 544乃至偏壓接地電極572、 574均被配有接地電位。外部偏壓電極571被耦合至提供偏壓(如+5V)的低頻或直流電源。也可選擇將另一個(gè)外部偏 壓信號(hào)電極577也耦合至提供符號(hào)相反的另一偏壓(如-5V)的低頻或直流電源(未示 出)。[160]參見圖18，在圖中所示的另一種實(shí)施方式中，偏壓電極被分段，以抑制射頻信號(hào) 沿其長(zhǎng)度的傳播，并減小沿其長(zhǎng)度的累積機(jī)械應(yīng)力。在本實(shí)施方式中，偏壓電極材料的 加工要使每個(gè)分段偏壓信號(hào)電極1870、 1876通過分別在其他偏壓信號(hào)電極1870、 1876 的分段之間延伸的饋線耦合至外部偏壓信號(hào)電極1877、 1871。更具體而言，饋線將第一 波導(dǎo)1826的分IS:偏壓信號(hào)電極1870耦合至外部偏壓電極1877,將第二波導(dǎo)1824的分 段偏壓信號(hào)電極1876耦合至外部偏壓電極1871。其結(jié)果是，外部偏壓電極1871充當(dāng)分 段偏壓電極1870的接地電極，而外部偏壓電極1877則充當(dāng)分段偏壓電極1876的接地 電極。外部偏壓電極1871被耦合至提供第一偏壓(如-5V)的低頻或直流電源，而另 一外部偏壓信號(hào)電極1877則被耦合至提供第二偏壓(如+5V)的低頻或直流電源(未 示出)。有利的是，這種推挽式裝置可最大限度提高分段偏壓電極的調(diào)制效率。[]61]通常，外部偏壓信號(hào)電極1871、 1877被加工成具有相對(duì)較低的串聯(lián)電阻，以補(bǔ)償 分別由窄的分段偏壓電極1876、 1870所引入的高串聯(lián)電阻。特別地，低串聯(lián)電阻提供 了將偏壓信號(hào)電壓以最小的壓降施加于偏壓信號(hào)電極1870、 1876的方式。在一種實(shí)施 方式中，串聯(lián)電阻的減小是通過提供較寬的外部偏壓信號(hào)電極1871、 1877來實(shí)現(xiàn)。而 在另一種實(shí)施方式中，串聯(lián)電阻的減小則是通過在每個(gè)外部偏壓信號(hào)電極1871、 1877 之上分別覆以金屬薄膜1873、 1879 (如Cr、 Ni/Cr、 Ti/W和/或Au )的方式得以實(shí)現(xiàn)。[162]如上所述，分段偏壓信號(hào)電極1870、 1876在多個(gè)饋電點(diǎn)被分別耦合至外部偏壓電 極1877、 1871。為了示例，對(duì)每個(gè)偏壓信號(hào)電極示出了 2-3個(gè)饋電點(diǎn)。在其他實(shí)施方式 中，每0.25-5 mm有一個(gè)饋電點(diǎn)。饋電點(diǎn)之間的的間隔可以是固定的或沿波導(dǎo)長(zhǎng)度變化。 例如，在后一種情況下，饋電點(diǎn)之間的間距可能以遞增方式變化(即讓后續(xù)每一間距均 不同)或階梯式變化(即至少有一些后續(xù)間距相同)。[163]分段偏壓信號(hào)電極1870、 1876的橫截面可能基本上為方括號(hào)形、U形、T形、E 形或其他形狀。如果^f黃截面基本上為方括號(hào)形，則偏壓電極材料可以被加工成使將分段 偏壓信號(hào)電極1870、 1876分別連接至外部偏壓信號(hào)電極1877、 1871的饋線與下分支部 分處于相同電平(如與針對(duì)圖17a、圖17b、圖17c中所示實(shí)施方式類似的加工方法)。 作為選擇，可以將偏壓電極材料加工成使將分段偏壓信號(hào)電極1870、 1876分別連接至外部偏壓信號(hào)電極1877、 1871的饋線與蓋段處于相同電平。在此情況下，電光器件的 加工工藝類似于上文所述的電光器件1500的加工工藝。此外作為選擇，可以將偏壓電 極材料加工成使將分段偏壓信號(hào)電極1870、 1876分別連接至外部偏壓信號(hào)電極1877、 1871的饋線成為置于蓋段上方的中間高電阻率層的組成部分。在此情況下，分段偏壓信 號(hào)電極1870、 1876可以通過高電阻率通孔周期性地連接至中間高電阻率層，如美國專 利申請(qǐng)?zhí)?006/0023288中圖12a和圖15a所示。值得注意的是，中間高電阻率層距離基 片過遠(yuǎn)，不能直接增強(qiáng)在光波導(dǎo)中生成的電場(chǎng)。[164]參見圖19,在圖中所示的另一種實(shí)施方式中，偏壓電極被分段，以抑制射頻信號(hào) 沿其長(zhǎng)度的傳播，并減小沿其長(zhǎng)度的累積機(jī)械應(yīng)力。在本實(shí)施方式中，偏壓電極材料被 加工以使每個(gè)分段偏壓信號(hào)電極1970、 1976通過分別在其他偏壓信號(hào)電極1976、 1970 的分段之間延伸的饋線耦合至外部偏壓信號(hào)電極1977、 1971。更具體而言，饋線將第一 波導(dǎo)1926的分段偏壓信號(hào)電極1970耦合至外部偏壓電極1977,將第二波導(dǎo)1924的分 段偏壓信號(hào)電極1976耦合至外部偏壓電極1971。其結(jié)果是，外部偏壓電極1971充當(dāng)分 段偏壓電極1970的接地電極，而外部偏壓電極1977則充當(dāng)分段偏壓電極1976的接地 電極。外部偏壓電極1971被耦合至提供第一偏壓(如-5V)的低頻或直流電源，而另 一個(gè)外部偏壓信號(hào)電極1977則被耦合至提供第二偏壓(如+5V)的低頻或直流電源。 有利的是，這種推挽式裝置可最大限度提高分段偏壓電極的調(diào)制效率。[165]通常，外部偏壓信號(hào)電極1971、 1977被加工成具有相對(duì)較低的串聯(lián)電阻，以補(bǔ)償 分別由窄的分段偏壓電極1976、 1970所引入的高串聯(lián)電阻。特別地，低串聯(lián)電阻提供 了將偏壓信號(hào)電壓以最小的壓降施加于偏壓信號(hào)電極1970、 1976的方式。在一種實(shí)施 方式中，串聯(lián)電阻的減小是通過提供較寬的外部偏壓信號(hào)電極1971、 1977來實(shí)現(xiàn)。而 在另一種實(shí)施方式中，串聯(lián)電阻的減小則是通過在每個(gè)外部偏壓信號(hào)電極1971、 1977 之上分別覆以金屬薄膜1973、 1979 (如Cr、 Ni/Cr、 Ti/W和/或Au)的方式得以實(shí)現(xiàn)。[166]如上所述，分段偏壓信號(hào)電極1970、 1976在多個(gè)饋電點(diǎn)被分別耦合至外部偏壓電 極1977、 1971。為了示例，對(duì)每個(gè)偏壓信號(hào)電極示出了 2個(gè)饋電點(diǎn)。在其他實(shí)施方式中， 每0.25-5 mm有一個(gè)饋電點(diǎn)。饋電點(diǎn)之間的間隔可以是固定的或沿波導(dǎo)長(zhǎng)度變化。例如， 在后一種情況下，饋電點(diǎn)之間的間距可能以遞增方式變化(即讓后續(xù)每一間距均不同) 或階梯式變化(即至少有一些后續(xù)間距相同)。[167]每個(gè)偏壓信號(hào)電極1970、 1976的每一分段均包括分支偏壓電極。有利的是，偏壓電極1970、 1976的設(shè)計(jì)被選擇為實(shí)現(xiàn)定制的頻率響應(yīng)。例如，在本實(shí)施方式中，圖19 中右側(cè)的分段較長(zhǎng)，且分支偏壓電極之間的間隙較寬，而圖19左側(cè)的分段較短，分支 偏壓電極之間的間隙也較窄。較長(zhǎng)的偏壓信號(hào)電極段的串聯(lián)電阻較大，而電容幾乎相同， 因此這些偏壓電極段的阻容(RC)時(shí)間常數(shù)將會(huì)大得多。分支電極的間隙在較長(zhǎng)的電 極段處較寬，使單位長(zhǎng)度的調(diào)制效率降低，而單位長(zhǎng)度的電容卻大致相同。電容作為分 支電極間隙的函數(shù)變化非常小，而由V山確定的調(diào)制效率則有顯著變化。因此，時(shí)間常 數(shù)較大的分段的調(diào)制效率可以被調(diào)整而與時(shí)間常數(shù)較小的分段的調(diào)制效率無關(guān)。還可以 選擇3組或更多組RC時(shí)間常數(shù)和V工不同的偏壓信號(hào)電極段，以實(shí)現(xiàn)多種定制的頻率 響應(yīng)。在一種實(shí)施方式中，偏壓電極結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為對(duì)影響偏壓頻率響應(yīng)的其他效應(yīng)進(jìn)行 補(bǔ)償，使得在頻率變化時(shí)調(diào)制效率變化很小。例如，基片內(nèi)或基片表面上的短時(shí)導(dǎo)電效 應(yīng)可能會(huì)影響偏壓電極頻率響應(yīng)。在偏壓電極響應(yīng)中采用多個(gè)定制時(shí)間常數(shù)可以對(duì)這些 效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，形成平坦的頻率響應(yīng)。較平坦的偏壓頻率響應(yīng)可以改善偏壓控制電路的 性能。頻率響應(yīng)低、平的偏壓電極也可用于偏壓或其他調(diào)制信號(hào)必須被緩慢掃描或隨時(shí) 間以可預(yù)測(cè)方式變化的任何應(yīng)用場(chǎng)合。[168〗有利的是，參照?qǐng)D5a、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖 14、圖15、圖16、圖17a、圖17b、圖17c、圖18和圖19說明的電光器件具有耐潮性。 特別地，耐潮性的實(shí)現(xiàn)方式是將偏壓電極埋入上緩沖層的下方，以對(duì)其進(jìn)行防潮保護(hù)， 并減少埋入偏壓電極的電遷移腐蝕?？蛇x通過將射頻電極粘附層省去的方式、通過封裝 射頻電極粘附層的方式、和/或通過采用與射頻電極所用材料功函數(shù)類似的射頻電極粘附 層的方式來提高耐潮性。進(jìn)一步可選通過使偏壓電極與射頻電極540、 542、 544直流隔 離的方式來提高耐潮性。[169]根據(jù)一種實(shí)施方式，直流隔離的方式是將射頻發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)低通濾波器 送至偏壓信號(hào)電極(如570),然后經(jīng)高通濾波器送至射頻信號(hào)電極(如540)。有利 的是，這種結(jié)構(gòu)可提高對(duì)輸入偏壓信號(hào)的高端頻率響應(yīng)，調(diào)節(jié)在MHz頻率范圍內(nèi)，經(jīng) 常隨緩慢變化的偏壓被采集的抖動(dòng)信號(hào)或其他頻率。根據(jù)另一種實(shí)施方式，采用偏壓三 通接頭來耦合偏壓信號(hào)電極(如570)和射頻信號(hào)電極(如540)。當(dāng)然，也可以采用 其他各種偏壓控制電路。[170]在上述每一種實(shí)施方式中，電光器件均包括上緩沖層和下緩沖層。盡管上緩沖層 和下緩沖層可以采用相同材料(如摻入雜質(zhì)的Si02)或不同材料制成，但當(dāng)上緩沖層和下緩沖層電導(dǎo)率不同時(shí)，性能可能會(huì)有提高。更具體而言，當(dāng)下緩沖層比上緩沖層導(dǎo)電 性強(qiáng)時(shí)，特別是當(dāng)下緩沖層電導(dǎo)率基本等于或大于基片的電導(dǎo)率時(shí)，性能可望得到提高。 如上文所述，采用摻有雜質(zhì)的Si02緩沖層可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的導(dǎo)電性。合適的一些摻 雜物包括Ti、 In、 Sn、 Al、 Cr和Zn。對(duì)Si02緩沖層摻入雜質(zhì)以提高導(dǎo)電性是現(xiàn)有技術(shù) 中已知的，在美國專利號(hào)5,404,412和5,680,497中做了進(jìn)一步詳細(xì)的討論。[171]值得注意的是，采用疊層式設(shè)計(jì)的電光器件(由上部未摻雜緩沖層將射頻電極與 偏壓電極隔離且由下部#^雜緩沖層將偏壓電極與基片至少部分隔離)相比僅有一個(gè)摻雜 緩沖層將公共偏壓/射頻電極與基片隔離的電光器件具有很多優(yōu)勢(shì)。例如，對(duì)于前者，對(duì) 摻雜緩沖層的厚度進(jìn)行選取是為了減小偏壓電極所致光學(xué)損耗而非實(shí)現(xiàn)速度匹配的值。 因此，摻雜緩沖層相對(duì)較薄，可能會(huì)影響所需的驅(qū)動(dòng)(偏壓)電壓。此外，對(duì)于前者， 摻雜緩沖層由未摻雜緩沖層提供防空氣保護(hù)。因此，雜質(zhì)(如水)就不太容易被吸入其 中。此外，由于偏壓電極由未摻雜緩沖層提供防空氣保護(hù)，耐潮性得以提高。[172]此外，釆用疊層式設(shè)計(jì)的電光器件(由上部未摻雜緩沖層將射頻電極與偏壓電極 隔離且由下部摻雜緩沖層將偏壓電極與基片至少部分隔離)相比僅有一個(gè)不導(dǎo)電緩沖層 將射頻電極與偏壓電極隔離的電光器件具有很多優(yōu)勢(shì)。特別地，下部摻雜緩沖層可以大 大減小光學(xué)損耗。例如，在圖13和14所示的實(shí)施方式中，光學(xué)損耗的減小幅度足以允 許采用Z切LiNbQ3制成的無分支偏壓信號(hào)電極。[173]盡管上文所述的疊層設(shè)計(jì)對(duì)于偏壓電極一般置于波導(dǎo)上方的基于Z切LiNb03或Z 切LiTa03的電光器件特別有價(jià)值，它們?nèi)匀豢捎糜谄渌?，?或偏壓電極未直接置 于波導(dǎo)上方的場(chǎng)合。例如，在參照?qǐng)D3a和圖4a所述的電光器件中可能包括下緩沖層， 分別如圖20和21所示。在這些實(shí)施方式中，下緩沖層385、 485被平坦化，且導(dǎo)電性 分別高于上緩沖層350、 450。通常，合適的電光基片的例子包括X切LiNb03、 X切 LiTa03、 Y切LiNb03、 Y切LiTa03、砷化鎵(GaAs)以及磷化銦(InP)。此外，基片 還可以是具有電光聚合物波導(dǎo)的聚合物基片。[174]如圖22所示，疊層式設(shè)計(jì)也可被用于基片被蝕刻形成圍繞波導(dǎo)的脊的電光器件。 電光器件2200包括基片510 (被蝕刻生成凹槽22卯、2291和2292 )、第一光波導(dǎo)524 和第二光波導(dǎo)526、射頻信號(hào)電極540、射頻接地電極542、 544、上緩沖層550、滲漏 層560、第一偏壓信號(hào)電極2270和第二偏壓信號(hào)電極2276、偏壓接地電極2272、 2274， 以及下緩沖層2285。[175]基片510、第一光波導(dǎo)524和第二光波導(dǎo)526、射頻信號(hào)電極540、射頻接地電極 542、 544、上緩沖層550和滲漏層560均如上文所述。[176]第一偏壓信號(hào)電極2270、第二偏壓信號(hào)電極2276、第一偏壓接地電極2274和第 二偏壓接地電極2272均由基片510支承。偏壓電極2270、 2272、 2274、 2276是用于在 光波導(dǎo)兩端施加低頻或直流電壓的偏壓電極結(jié)構(gòu)的組成部分。第一偏壓信號(hào)電極2270 和第二偏壓信號(hào)電極2276中的每一個(gè)均處于下緩沖層2285上方。[177]偏壓電極2270、 2272、 2274、 2276中的每一個(gè)通常均由高電阻率材料制成，如氮 化硅鉭(TaSiN)、非晶硅(Si)、氧化銦(ln203 )、氧化錫(Sn02)、氧化鋅(ZnO) 等。采用高電阻率材料可使偏壓電極2270、 2272、 2274、 2276在低頻下具有導(dǎo)電性， 而在高頻下起介電作用。因此，偏壓電極對(duì)由射頻電極生成的電場(chǎng)有效透明。偏壓電極 材料的合適的電阻率值處于射頻電極材料與基片的電阻率值之間。例如，TaSiN在25°C 下的電阻率通常處于約104-106 0-^11范圍內(nèi)，即處于 2.3xl(y6Q-cm(Au)和~1.3"017 Q -cm (LiNb03)之間。偏壓電極材料在25。C下，電阻率優(yōu)選處于約l-108 Q-cm范圍 內(nèi)，更優(yōu)選處于約10M(^Q-cm之間，最優(yōu)選處于約10M(^Q-cm之間。確定該優(yōu)選范 圍的依據(jù)是電阻率較低的材料通?？蓪?shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)時(shí)間，而電阻率較高的材料則會(huì) 由于偏壓電極接近波導(dǎo)而使光學(xué)損耗減小。采用高電阻率偏壓電極材料也可能會(huì)減小與 射頻信號(hào)的耦合，從而減小射頻信號(hào)電極的單位長(zhǎng)度凈射頻損耗。每個(gè)偏壓電極2270、 2272、 2274、 2276均可由用于制作滲漏層560的材料來制成，也可以采用不同的材料。 方便的是，當(dāng)偏壓電極2270、 2272、 2274、 2276和滲漏層用相同材料(如TaSiN)制 造時(shí)，加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。偏壓電極2270、 2272、 2274、 2276可以采用多種已知方法 中的一種進(jìn)行加工，包括沉積和賊射。偏壓電極2270、 2276的厚度通常處于約0.05-0.5 Hm范圍內(nèi)，更常見于約0.05-0.25 pm之間。[178]下緩沖層2285分別用作光波導(dǎo)526、 524與覆蓋偏壓信號(hào)電極2270、 2276之間的 隔離層。因此，下緩沖層2285通常采用可透過感興趣波長(zhǎng)(如1.55 nm)光的材料制造。 由于偏壓信號(hào)電極2270、 2276不與基片510直接接觸，下緩沖層2285優(yōu)選采用至少具 備一定導(dǎo)電性的材料制成。例如，在一種實(shí)施方式中，下緩沖層2285由介電材料制成， 如二氧化硅(Si02)，對(duì)該材料采用濺射工藝，使之呈現(xiàn)較小的固有電導(dǎo)率，或者在其 中4參有雜質(zhì)或植入有離子，以使其呈現(xiàn)更高的導(dǎo)電性。通常，下緩沖層2285的電阻率 在25°C下處于約1017-1019 Q-cm范圍內(nèi)。下緩沖層2285通常采用多種已知方法中的一種制成，如真空沉積、離子輔助真空沉積、濺射或化學(xué)氣相沉積(CVD)。下緩沖層 2285的厚度通常在約0.05-1 pm范圍內(nèi)，更常見的是在約0.1-0.5 pm范圍內(nèi)。[179]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電光器件2200的加工方法是首先采用例如反應(yīng)性 離子蝕刻或離子研磨工藝在Z切鈮酸鋰基片上蝕刻出凹槽22卯、2291和2292。蝕刻深 度通常在l-10nm之間。然后在經(jīng)過蝕刻的基片510上沉積下緩沖層2285,其適形于凹 槽。必要時(shí)對(duì)下緩沖層進(jìn)行退火。之后再沉積偏壓電極材料，并蝕刻形成偏壓電極2270、 2272、 2274、 2276。上緩沖層550、滲漏層560和射頻電極540、 542、 544均采用上文 所述方法加工。上緩沖層550可以采用與下緩沖層2285相同的材料加工，或者更可能 采用電阻率較高的材料，如未摻雜的二氧化硅(Si02)。[180]當(dāng)然，上文所述的本發(fā)明的實(shí)施方式僅作為示例給出。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng) 可以理解，可以對(duì)其進(jìn)行各種省略和替換，而又不背離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明 的精神和適用范圍。
權(quán)利要求
1.一種電光器件，其包括電光基片，在所述電光基片中形成光波導(dǎo)；射頻電極結(jié)構(gòu)，其被布置用于在所述光波導(dǎo)中生成射頻電場(chǎng)，所述射頻電極結(jié)構(gòu)包括第一射頻電極；第一緩沖層，其被布置在所述基片與所述第一射頻電極之間；偏壓電極結(jié)構(gòu)，其被布置用于在所述光波導(dǎo)中生成低頻或直流電場(chǎng)，所述偏壓電極結(jié)構(gòu)包括第一偏壓電極，所述第一偏壓電極至少部分被布置在所述第一緩沖層與所述第一射頻電極之間；以及第二緩沖層，其被布置在所述第一射頻電極與所述第一偏壓電極之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的電光器件，其中，對(duì)所述第一緩沖層的厚度進(jìn)行選取，以使 被置于所述第 一緩沖層與所述第 一射頻電極之間的所述第 一偏壓電極的 一部分顯著提 高光波導(dǎo)中所生成的低頻或直流電場(chǎng)。
3. 如權(quán)利要求1所述的電光器件，其中，所述第一緩沖層的導(dǎo)電性高于所述第二緩 沖層。
4. 如權(quán)利要求3所述的電光器件，其中所述第一緩沖層包括摻雜Si02層。
5. 如權(quán)利要求1所述的電光器件，其中所述第一偏壓電極包括下部和上部，所述 下部與所述電光基片接觸，而所述上部至少部分覆蓋所述第一緩沖層。
6. 如權(quán)利要求1所述的電光器件，其中所述第一緩沖層包括至少一個(gè)基本與所述 光波導(dǎo)對(duì)齊的帶線。
7. 如權(quán)利要求6所述的電光器件，其中所述第一偏壓電極基本封裝所述至少一個(gè) 帶線。
8. 如權(quán)利要求1所述的電光器件，其中所述第一偏壓電極的橫截面大致為方括號(hào) 形、L形、E形和T形中的一種。
9. 如權(quán)利要求I所述的電光器件，其中所述第一緩沖層在所述電光基片上方被平 坦化，并作為所述第 一偏壓電^L與所述電光基片之間的隔離層。
10. 如權(quán)利要求1所述的電光器件，其中所述第一偏壓電極包括兩個(gè)平行帶線。
11. 如權(quán)利要求1-0中任何一項(xiàng)所述的電光器件，其中所述第一偏壓電極包括具有第一電阻率的第一材料，所述第一射頻電極包括具有第二電阻率的第二材料，且所述 第一電阻率高于所述第二電阻率。
12. 如權(quán)利要求1-10中任何一項(xiàng)所述的電光器件，其中所述電光基片包括Z切鈮 酸鋰和Z切4巨酸鋰中的 一個(gè)。
13. 如權(quán)利要求1-10中任何一項(xiàng)所述的電光器件，還包括滲漏層，所述滲漏層被置 于所述第一射頻電極與所述第二緩沖層之間。
14. 如權(quán)利要求13所述的電光器件，其中所述滲漏層包括氮化硅鉭，且其中所述 第 一射頻電極在沒有粘附層時(shí)被沉積在所述滲漏層上。
15. 如權(quán)利要求1-10中任何一項(xiàng)所述的電光器件，其中所述第一偏壓電極包括氮 化硅鉭。
16. 如權(quán)利要求1-10中任何一項(xiàng)所述的電光器件，其中，將所述第一偏壓電極與所 述第 一射頻電極進(jìn)行直流隔離。
17. 如權(quán)利要求1-10中任何一項(xiàng)所述的電光器件，其中所述第一偏壓電極包括具有 第 一組多個(gè)延長(zhǎng)段的第 一偏壓信號(hào)電極。
18. 如權(quán)利要求17所述的電光器件，其中所述第一組多個(gè)延長(zhǎng)段中的每一段均被耦 合至^^共偏壓電極。
19. 如權(quán)利要求18所述的電光器件，其中所述公共偏壓電極被耦合至沿其長(zhǎng)度方向 布置的高導(dǎo)電性帶線。
20. 如權(quán)利要求18所述的電光器件，其中，所述公共偏壓電極通過多條饋線被耦合 至所述第一組多個(gè)延長(zhǎng)段，所述多條饋線延伸通過第二偏壓信號(hào)電極的第二組多個(gè)延長(zhǎng) 段。
21. 如權(quán)利要求18所述的電光器件，其中所述公共偏壓電極通過多條饋線被耦合至 所述第一組多個(gè)延長(zhǎng)段，所述多條饋線間的間距取決于所述偏壓電極結(jié)構(gòu)的預(yù)定頻率特 性。
22. —種制作電光器件的方法，其包括 提供在其上形成光波導(dǎo)的基片；在所述電光基片上形成第一緩沖層；在所述第一緩沖層和所述電光基片二者至少一個(gè)上形成偏壓電極層，所述偏壓電極 層被圖案化設(shè)計(jì)以提供第一偏壓電極，所述第一偏壓電極至少部分延伸至所述第一緩沖層上方；在偏壓電極層上形成第二緩沖層；并在所述第二緩沖層上形成射頻電極層，所述射頻電極層被圖案化設(shè)計(jì)成包括第一射 頻電極。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中形成所述第一緩沖層的步驟包括在所述電光 基片上沉積第一介電材料，對(duì)所述第一介電材料進(jìn)行圖案化設(shè)計(jì)，使所述第一緩沖層包 括至少 一個(gè)與所述光波導(dǎo)基本對(duì)齊的帶線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)，它包括埋入器件中的一組附加偏壓電極，用于施加偏壓以設(shè)置工作點(diǎn)。由此用于調(diào)制輸入光信號(hào)的射頻電極可以在零直流偏壓下工作，減小了非密封包裝中可能存在的電化及其他效應(yīng)造成的電極腐蝕。偏壓電極至少與基片以緩沖層部分分隔，在一種實(shí)施方式中該緩沖層電導(dǎo)率較低。該導(dǎo)電緩沖層會(huì)減小偏壓電極帶來的光學(xué)損耗，也會(huì)減小直流漂移。
文檔編號(hào)G02F1/035GK101221294SQ20081000067
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2008年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者卡爾·基薩, 威廉·J.·明福特, 格倫·德雷克 申請(qǐng)人:Jds尤尼弗思公司