專利名稱：光電路器件和方法
光電路器件和方法
背景技術(shù)：
光器件可以用于執(zhí)行邏輯電路功能和其他電路功能。這些光器件一般為兩個(gè)不同種類，即電光器件和全光器件。電光器件可以使用電信號來生成或影響光的傳播，諸如通過在硅波導(dǎo)中電感應(yīng)電場以改變該波導(dǎo)的折射率。這些器件可能具有諸如難以在硅襯底中加工或消耗過多功率的性能限制或其他限制。全光器件可以利用光信號來生成或影響光的傳播。例如，可以合并與相應(yīng)數(shù)據(jù)對應(yīng)的光脈沖來執(zhí)行各種邏輯功能。然而，傳統(tǒng)的全光器件還可能具有性能限制或其他限制。例如，這樣的器件可能利用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，諸如四波混頻諧振器或微環(huán)諧振器，利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體加工技術(shù)和設(shè)備難以加工這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可能太大而難以服從大規(guī)模集成。


根據(jù)結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述和所附權(quán)利要求，本公開的前述和其他特征將變得更加完全明顯。理解到這些附圖僅圖示了根據(jù)本公開的若干示例，因此這些附圖不應(yīng)被視為限制本公開的范圍，通過使用附圖、用附加特征和細(xì)節(jié)來描述本公開，在附圖中圖1是光器件的示例的軸測圖；圖2是示出了加工圖1的光器件或根據(jù)一些示例的光器件的方法的示例的流程圖；圖3A-3J是示出了加工圖1的光器件或根據(jù)一些附加示例的光器件的方法的示例的示意圖；圖4是光反相器(inverter)的示例的示意圖；圖5是光與(AND)門的示例的示意圖；圖6是示出了圖5的光與門的操作的真值表；圖7是光異或門的示例的示意圖；圖8是示出了圖7的光異或門的操作的真值表；以及圖9是完全根據(jù)本公開布置的光數(shù)模轉(zhuǎn)換器的示例的示意圖。

發(fā)明內(nèi)容
一種光電路器件可以包括第一光波導(dǎo)、以及與第一光波導(dǎo)分隔開一段間隙的第二光波導(dǎo)。第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)可以分別是硅光波導(dǎo)。諸如硅或鍺的半導(dǎo)體材料可以在第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)之間延伸以形成光電二極管結(jié)。光電二極管結(jié)可以被構(gòu)造為響應(yīng)于通過第二光波導(dǎo)耦合到半導(dǎo)體材料的光而改變所述第一光波導(dǎo)的折射率。光電路可以被用在以下光電路中，該光電路適用于利用來自光源的光并響應(yīng)于光信號而進(jìn)行操作。在這樣的情況下，第一光波導(dǎo)可以包括適用于接收來自光源的光的光供給端口。第一光波導(dǎo)可以在光供給端口和輸出端口之間分成第一波導(dǎo)分支和第二波導(dǎo)分支。第一波導(dǎo)分支和第二波導(dǎo)分支的長度可以相等，或者它們的長度可以彼此不同，諸如長度相差來自光源的光的半波長。由第二光波導(dǎo)的輸入端口接收到的并通過第二光波導(dǎo)耦合到半導(dǎo)體材料的光信號可以改變第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支的折射率，諸如改變來自光源的光的半波長。光信號可以是例如調(diào)幅光、數(shù)字或模擬調(diào)制光、與來自光源的相干光相干的光。附加地，半導(dǎo)體材料可以優(yōu)先地吸收第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)被構(gòu)造為優(yōu)先地耦合的光的波長的光。光電路還可以包括多個(gè)附加光波導(dǎo)，每個(gè)附加光波導(dǎo)都具有輸入端口和輸出端口。在這樣的情況下，附加光波導(dǎo)的各自的輸出端口可以在沿著第一波導(dǎo)分支的長度間隔開的各個(gè)位置處與第一波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支分隔開各自的間隙。半導(dǎo)體材料可以在附加光波導(dǎo)的每一個(gè)的輸出端口和第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支之間延伸。半導(dǎo)體材料因此可以形成各自的光電二極管結(jié)，各自的光電二極管結(jié)被構(gòu)造為響應(yīng)于由各自的附加光波導(dǎo)的輸入端口接收到的各自的光信號而改變第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支的折射率。此外，光電路可以包括第三光波導(dǎo)和第四光波導(dǎo)，第三光波導(dǎo)和第四光波導(dǎo)具有各自的輸入端口和各自的輸出端口。第三光波導(dǎo)可以在光供給端口和輸出端口之間分成第一波導(dǎo)分支和第二波導(dǎo)分支。第三光波導(dǎo)的輸出端口可以耦合到第一光波導(dǎo)的輸出端口以提供公共的輸出端口，并且所述第三光波導(dǎo)的輸入端口可以接收第一數(shù)字光信號。第四光波導(dǎo)的輸出端口可以與第三光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支分隔開第二間隙，并且第二半導(dǎo)體材料可以在第四光波導(dǎo)的輸出端口和第三光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支之間延伸。第二半導(dǎo)體材料可以形成光電二極管結(jié)，該光電二極管結(jié)被構(gòu)造為響應(yīng)于由第四光波導(dǎo)的輸入端口接收到的第一數(shù)字光信號而改變第三光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支的折射率。光電路器件可以通過多種技術(shù)來形成，諸如通過將硅放置在襯底上，并蝕刻硅以在襯底上形成第一光波導(dǎo)。蝕刻可以形成在輸入端口和輸出端口之間分成第一波導(dǎo)分支和第二波導(dǎo)分支的第一光波導(dǎo)。蝕刻還可以形成第二光波導(dǎo)，第二光波導(dǎo)具有輸入端口和輸出端口，并且第二光波導(dǎo)與第一波導(dǎo)分支分隔開一段間隙。最后，半導(dǎo)體材料的第一層可以放置在第二光波導(dǎo)的輸出端口和第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支之間的第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)上。半導(dǎo)體材料的第一層可以在被沉積之前或之后摻雜以形成P摻雜半導(dǎo)體材料或N摻雜半導(dǎo)體材料中的一種，半導(dǎo)體材料的第二層可以放置在半導(dǎo)體材料的第一層上。然后，半導(dǎo)體材料的第二層在被沉積之前或之后摻雜以形成P摻雜半導(dǎo)體材料或N摻雜半導(dǎo)體材料中的另一種。
具體實(shí)施例方式以下將陳述特定細(xì)節(jié)來提供對所描述示例的充分理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，可以在沒有所討論的各種特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施這些示例。在一些實(shí)例中，例如，已知電路、控制信號和軟件操作未被詳細(xì)示出以避免不必要地模糊所描述的示例。本文所描述的是光器件和制造光器件的方法、以及利用光器件和光學(xué)地執(zhí)行特定功能的方法的邏輯和其他電路的特定示例。在一些示例中，光波導(dǎo)的折射率可以通過由光電二極管響應(yīng)于施加到該光電二極管的光信號而產(chǎn)生的載流子濃度來改變。結(jié)果，通過波導(dǎo)耦合的相干光的相位可以通過光信號來改變。通過允許光信號選擇性地對波導(dǎo)的折射率進(jìn)行控制，可以使得通過波導(dǎo)耦合的光與通過其他波導(dǎo)耦合的光相長或相消干涉，從而允許實(shí)現(xiàn)各種的邏輯和其他功能，本文描述了其中的一些但不是全部。
圖1是根據(jù)本公開布置的光器件2的示例的軸測圖。光器件2可以包括波導(dǎo)4，波導(dǎo)4在于輸出端口 10處重新結(jié)合為單個(gè)波導(dǎo)之前可以被分為兩個(gè)波導(dǎo)分支6、8。例如可以由硅加工波導(dǎo)4。波導(dǎo)4可以包括光供給端口 14，光供給端口 14可以接收來自光源16的相干光。在一個(gè)示例中，光源16可以是激光二極管(未示出)。在另外的示例中，光源16 可以是激光器(未示出)。其他示例可以使用其他用于光源16的器件。光器件2可以包括第二波導(dǎo)20，也可以由硅加工第二波導(dǎo)20，第二波導(dǎo)20可以在輸入端口 22處接收光輸入信號&。輸入信號&可以是與來自光源16的光相干的調(diào)幅光， 盡管并不要求相干性。在一個(gè)示例中，可以通過調(diào)制來自光源16的光來產(chǎn)生輸入信號&。 第二波導(dǎo)20可以與波導(dǎo)分支8分隔開小間隙M。在一個(gè)示例中，間隙M可為約7微米， 而波導(dǎo)4、6、8和10可以為寬0. 6微米、高0. 5微米。具有這些尺寸的波導(dǎo)可以適用于耦合 1500nm范圍中的光。然而，其他示例可以使用具有不同寬度和/或高度的波導(dǎo)4、20，并且它們可以彼此分隔開具有其他尺寸的間隙對。一旦加工了波導(dǎo)4、20，則半導(dǎo)體材料30的層就可以沉積在波導(dǎo)分支8和波導(dǎo)20 上以及間隙M內(nèi)。該半導(dǎo)體材料30可以吸收通過波導(dǎo)20耦合的光的波長處的光。在一個(gè)示例中，半導(dǎo)體材料30可以是硅和鍺中的一個(gè)或更多個(gè)，諸如Siai5Gea85,但是其他示例可以使用其他半導(dǎo)體材料?？梢酝ㄟ^適當(dāng)?shù)氖侄螌Π雽?dǎo)體材料30進(jìn)行摻雜，使得半導(dǎo)體材料30的第一層(在圖1中未示出)可以是P摻雜的并且沉積在第一層上的第二層(在圖 1中未示出)可以是N摻雜的。結(jié)果，可以在半導(dǎo)體材料30中在不同摻雜的材料之間的結(jié)合處形成光電二極管結(jié)。在操作中，輸入信號&可以使得光電二極管結(jié)在波導(dǎo)分支8中注入載流子，從而改變波導(dǎo)分支8中的載流子濃度。載流子濃度的這種變化改變了波導(dǎo)分支8的折射率，從而改變了光從光源16通過波導(dǎo)分支8傳播到輸出端口 10的速度。與光輸出信號\否則具有的相位相比，光通過波導(dǎo)分支8傳播的速度的這種變化可以改變輸出端口 10處的光輸出信號&的幅度。因此，與使用電信號在波導(dǎo)分支8中注入載流子相比，可以完全通過光學(xué)手段來改變折射率。與通過波導(dǎo)分支8耦合的光不同，通過波導(dǎo)分支6耦合的光的相位不會(huì)改變。因此，如以下將更詳細(xì)地闡述的，通過改變通過波導(dǎo)分支8耦合的光的相位，可以使通過波導(dǎo)分支8耦合的光與通過波導(dǎo)分支6耦合的光相長或相消干涉，以實(shí)現(xiàn)各種邏輯或其他功能。將參照圖2和圖3A-3J來描述加工光器件2的方法40的示例。圖2是示出了加工圖1的光器件或根據(jù)一些示例的光器件的方法的示例的流程圖，圖3A-4J是示出加工圖 1的光器件或根據(jù)一些附加示例的光器件的方法的示例的示意圖，全部根據(jù)本公開來布置。所示出的加工方法可以包括(塊48)如圖3A中所示的在襯底44上沉積硅42。另外如圖3A中所示，在上面沉積了硅42的襯底44可以由沉積或形成在晶片52 (諸如硅晶片)上的氧化物50 (諸如二氧化硅(SiO2))的層來形成，以形成絕緣體上硅(“S0I”)結(jié)構(gòu)。在塊56處，可以按照與波導(dǎo)4、20的圖案對應(yīng)的圖案進(jìn)行硅的掩模。在一個(gè)圖:3B所示的示例中，可以通過首先在硅上沉積光致抗蝕劑58的層、然后利用光刻法暴露與波導(dǎo)4、20 的圖案對應(yīng)的圖案中的光致抗蝕劑，來進(jìn)行硅的掩模。然后，可以在除了與波導(dǎo)4、20的圖案對應(yīng)的區(qū)域中，去除光致抗蝕劑58。然而，在其他示例中，可以通過其他手段進(jìn)行硅42的掩模。如圖3C中所示，可以通過去除通過掩模暴露剩下的區(qū)域中的硅42對硅42進(jìn)行蝕刻(塊60)以形成波導(dǎo)4、20。然后可以去除光致抗蝕劑58掩模(塊64)，剩下氧化物50的絕緣層上沉積的波導(dǎo)4、20。接下來，如圖3D中所示，氮化物74的層可以沉積(塊70)在剩余的硅42之上以形成氮化物層?？梢酝ㄟ^任意適當(dāng)?shù)氖侄蝸沓练e氮化物層74。在一個(gè)示例中，可以通過低壓化學(xué)氣相沉積(“LPCVD”)來沉積氮化物層74。如圖3E中所示，然后可以利用圖案進(jìn)行氮化物層74的掩模，諸如通過使用光刻法在氮化物層74上沉積光致抗蝕劑84的圖案，如上所述。在利用圖案進(jìn)行氮化物層74的掩模(塊80)之后，通過光致抗蝕劑84暴露剩下的氮化物層74的區(qū)域可以被蝕刻(塊90)以顯露經(jīng)蝕刻的圖案。然后，可以去除形成掩模的光致抗蝕劑84(塊94)，如圖3F中所示。然后，半導(dǎo)體材料30可以沉積在暴露的絕緣體和波導(dǎo)上，如圖3G中所示。在一個(gè)示例中，可以通過塊100處的首先沉積P摻雜半導(dǎo)體材料30的層來沉積半導(dǎo)體材料30?？梢酝ㄟ^將半導(dǎo)體材料與硼或一些其他適當(dāng)材料混合而對該層半導(dǎo)體材料30進(jìn)行P摻雜，并且可以在沉積該層半導(dǎo)體材料30之前進(jìn)行摻雜?？梢酝ㄟ^任意適當(dāng)手段，諸如通過LPCVD，來沉積半導(dǎo)體材料?；蛘?，在其他示例中，可以在材料30沉積之后對該材料進(jìn)行摻雜?？梢栽谝言趬K100處沉積了半導(dǎo)體材料30的第一層之后，在塊104處沉積N摻雜半導(dǎo)體材料30的層?？梢酝ㄟ^將半導(dǎo)體材料30與磷或一些其他適當(dāng)材料混合，對該材料30進(jìn)行P摻雜，并且可以在沉積半導(dǎo)體材料30之前對半導(dǎo)體材料30進(jìn)行摻雜。然而，再次在其他示例中，可以在沉積半導(dǎo)體材料30之后對半導(dǎo)體材料30 進(jìn)行N摻雜。P摻雜材料30和N摻雜材料30之間的結(jié)可以在半導(dǎo)體材料30的相反摻雜層之間的界面處形成光電二極管結(jié)。盡管光器件2的該示例利用了在P摻雜半導(dǎo)體材料30 的層上沉積的N摻雜半導(dǎo)體材料30的層，但是在其他示例中，P摻雜半導(dǎo)體材料30的層可以沉積在N摻雜半導(dǎo)體材料的層上。如在圖2中和圖3H中進(jìn)一步示出的，可以利用光致抗蝕劑114的圖案進(jìn)行半導(dǎo)體材料30的掩模(塊110)。接下來，如圖31中所示，半導(dǎo)體材料30可以被蝕刻(塊120)， 以使得半導(dǎo)體材料30覆蓋在硅42的形成波導(dǎo)的一側(cè)上。如圖3J中所示，在已去除由光致抗蝕劑114形成的掩模(塊126)之后，整個(gè)結(jié)構(gòu)可以被沉積有鈍化層136(塊130)，在一些示例中，鈍化層136可以是氧化物層。再次參照圖1，在一些示例中，光輸入信號&可以是數(shù)字信號，該數(shù)字信號可以使得光器件2迅速改變光輸出光信號&的幅度。在這種情況下，可以期望允許所注入的載流子從波導(dǎo)分支8泄露，以使得可以快速改變波導(dǎo)分支8的折射率。在這種情況下，方法40 可以包括用于在所沉積的絕緣材料(例如，鈍化層)中形成通路(via)的塊(未示出)，然后該通路可以被填充有導(dǎo)電物質(zhì)(諸如金屬或多晶硅)以在波導(dǎo)分支8上形成電接觸，從該電接觸可以從該波導(dǎo)分支快速去除載流子。光器件2可以用作獨(dú)立的器件，諸如光調(diào)制器。然而，在其他示例中，光器件2可以與其他光器件或光部件結(jié)合使用以實(shí)現(xiàn)邏輯器件或其他電路。在這樣的示例中，光輸出信號&可以直接施加到其他光器件或光部件。然而，在其他示例中，光輸出信號&可以施加到電光變換器(未示出)以將光輸出信號&轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。在圖4中示出了根據(jù)本公開的示例性光反相器170的示意圖。光反相器170可以與圖1中所示的光器件2在結(jié)構(gòu)上完全相同，盡管可以將光反相器170設(shè)計(jì)為用作反相器。因此，為了清楚起見，相同部件被設(shè)置了相同參考標(biāo)號。光波導(dǎo)分支6可以與波導(dǎo)分支8具有相同長度，以使得來自光源16的、通過波導(dǎo)分支6耦合的光與來自光源16通過波導(dǎo)分支 8耦合的光的輸出具有相同相位。結(jié)果，通過光波導(dǎo)分支8耦合至輸出端口 10的光可以與通過波導(dǎo)分支6耦合的光相長干涉，以使得可以從輸出端口 10輸出相對大量的光。在操作中，光反相器170可以被設(shè)計(jì)為使得，當(dāng)光被施加于波導(dǎo)20的輸入端口 22 時(shí)，波導(dǎo)分支8的折射率可以改變。結(jié)果，通過波導(dǎo)分支8耦合的光的相位可以被改變180 度(例如，運(yùn)算的邏輯取反類型)。在這種情況下，通過光波導(dǎo)分支8耦合的光可以與通過波導(dǎo)分支6耦合的光相消干涉，以使得基本沒有光可以從輸出端口 10輸出。然而，在沒有光施加于輸入端口 22的情況下，通過光波導(dǎo)分支8耦合到輸出端口 10的光可以與通過光波導(dǎo)分支耦合的光相長干涉，以使得可以從輸出端口 10輸出大量的光。沒有光施加到輸入端口 22可以被視為邏輯0，而有光施加到輸入端口 22可以被視為邏輯1。從而光反相器170 可以光學(xué)地執(zhí)行與電學(xué)邏輯反相器類似的邏輯功能，這是因?yàn)楣夥聪嗥?70響應(yīng)于無輸入光(例如邏輯0)而輸出光(例如邏輯1)，而響應(yīng)于有輸入光(例如，邏輯1)而基本不輸出光(例如邏輯0)。當(dāng)光器件2用作反相器時(shí)，施加于輸入端口 22的光信號可以是數(shù)字信號。然而， 通過將模擬光信號施加于輸入端口 22并通過利用將具有更大強(qiáng)度的光施加于光供給端口 14的光源16，光器件2還可以用作光放大器。結(jié)果，施加于輸入端口 22的光信號強(qiáng)度上的相對小的變化可以導(dǎo)致從輸出端口 10出來的光的明顯更大的變化。因此，與放大器執(zhí)行電學(xué)放大功能的方式類似地，光器件2可以執(zhí)行光放大功能。在圖5所示的另一示例中，光器件2可以用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本公開的光與門200的示例。除了以下兩點(diǎn)差異之外，光與門200可以與反相器170具有相同的基本結(jié)構(gòu)。第一，代替從光源16向輸入端口 14施加光，第二光輸入信號“B”可以被施加于輸入端口，盡管第一光信號“A”仍被施加于第一輸入端口 22。第二，波導(dǎo)分支6可以比波導(dǎo)分支8長一定距離， 該距離使得在波導(dǎo)分支8的折射率不改變的情況下，通過波導(dǎo)分支6耦合的光的相位比通過波導(dǎo)分支8耦合的光的相位大180度。通過圖6中所示的真值表來圖示光與門200的運(yùn)算。如圖6中所示，當(dāng)施加于輸入端口 22的第一輸入信號“A”為邏輯0(邏輯0可以對應(yīng)于沒有光輸入)時(shí)，在輸出端口 10 處的光輸出(“輸出”)也是邏輯0，而不管在輸入端口 14處的第二輸入“B”的狀態(tài)如何。 這種情況是因?yàn)槿绻麤]有光施加到輸入端口 14 ( S卩，B = 0)，則光輸出將被視為邏輯0，這是因?yàn)椴淮嬖谝获詈系捷敵龆丝?10的光。另一方面，如果光作為第二輸入信號“B”被施加到輸入端口 14( S卩，B= 1)，則通過波導(dǎo)分支6耦合的光可以與通過波導(dǎo)分支8耦合的光相消干涉，這是因?yàn)橥ㄟ^波導(dǎo)分支6、8耦合的光的相位彼此相差180度。結(jié)果，在輸出端口 10處觀察不到光，所以光輸出(即，“輸出”)為邏輯0，如圖6中所示。還如圖6中所示，當(dāng)在輸入端口 14處的第二輸入信號“B”為邏輯0時(shí)，光輸出(例如，“輸出”)也為邏輯0，而不管輸入端口 22處的第一輸入信號“A”的狀態(tài)如何。這種情況是因?yàn)椋缟纤?，如果B = 0，則沒有光被施加到輸入端口 14，所以不存在要耦合到輸出端口 10的光。最后，還如圖6中所示，如果在輸入端口 22處的第一輸入信號“A”是邏輯1，并且在輸入端口 14處的第二輸入信號“B”也是邏輯1，則通過波導(dǎo)20耦合的光可以將通過波導(dǎo)分支8耦合的光的相位增大180度，以使得通過波導(dǎo)分支8耦合的光可以與通過波導(dǎo)分支 6耦合的光相長干涉。結(jié)果，在輸出端口 10處的光輸出“輸出”將為邏輯1。在另一示例中，光器件2可以用于實(shí)現(xiàn)如圖7中所示的、根據(jù)本公開布置的光異或門220的示例。異或門220可以利用兩個(gè)完全相同的光器件222、224，其中它們的輸入端口 A、B彼此交叉耦合。光器件222、224中的每一個(gè)可以在結(jié)構(gòu)上類似于光反相器170。在圖8中圖示了光異或門220的邏輯功能。如果施加于輸入端口 14的兩個(gè)輸入信號A、B都為邏輯0，則光輸出“輸出”將為邏輯0，這是因?yàn)閷]有光施加到光器件222、2M 中的任意一個(gè)。如果輸入信號A或B中僅有一個(gè)輸入信號為邏輯1，則通過在其輸入端口 14處接收光的器件222或2M的波導(dǎo)分支6、8耦合的、與邏輯1對應(yīng)的光彼此相長干涉，這是由于因?yàn)檩斎胄盘朅或B中的一個(gè)信號是邏輯0，所以通過波導(dǎo)分支6耦合的光的相位不被改變。然而，沒有光可以通過光器件222或2M中的另一個(gè)光器件被耦合，這是因?yàn)闆]有光被施加于該器件的輸入端口 14。無論如何，足夠的光通過光器件222或224中的一個(gè)光器件被耦合，以使得光輸出“輸出”為邏輯1。例如，如果A = 1且B = 0，則器件224中的波導(dǎo)分支8的折射率不改變，這是因?yàn)锽 = 0。結(jié)果，通過光器件224的波導(dǎo)分支8耦合的光與通過光器件224的波導(dǎo)分支6耦合的光相長干涉。然而，由于沒有光正被施加于光器件222的輸入端口 14，因此沒有光通過光器件222的波導(dǎo)分支6、8被耦合。然而，足夠的光可以通過光器件2M被耦合，以提供可以被視為邏輯1的光輸出“輸出”。還如圖8中所示，如果在輸入端口 14處的A和B這兩個(gè)輸入信號為邏輯1，則光輸出“輸出，，將為邏輯0。光輸出“輸出，，將為邏輯0，這是因?yàn)橥ㄟ^每一個(gè)光器件222或2M 的波導(dǎo)分支8耦合的光的相位由于通過另一個(gè)光器件222或224的波導(dǎo)20耦合的光而增大180度。結(jié)果，通過每一個(gè)器件222、2M的波導(dǎo)分支6、8耦合的光可以彼此相消干涉。例如，由于在輸入端口 14處的輸入信號A為邏輯1，因而通過光器件222的波導(dǎo)分支6耦合的光的相位將增大180度，以使得通過光器件222的波導(dǎo)分支6耦合的光與通過光器件222 的波導(dǎo)分支8耦合的光相消干涉。光器件2可以用于實(shí)現(xiàn)很多種的其他邏輯和電路器件。例如，多個(gè)光器件2可以用于實(shí)現(xiàn)圖9中所示的數(shù)模(“D/A”)轉(zhuǎn)換器250。D/A轉(zhuǎn)換器250包括光供給波導(dǎo)252， 光供給波導(dǎo)252具有輸入端口 254，光供給波導(dǎo)252分支成第一波導(dǎo)256和第二波導(dǎo)258， 第一波導(dǎo)256和第二波導(dǎo)258可以具有相同長度。波導(dǎo)256、258可以彼此結(jié)合以形成具有輸出端口沈4的輸出波導(dǎo)沈0。由半導(dǎo)體材料276的相應(yīng)層形成的多個(gè)光電二極管2701—8 可以沿著第二波導(dǎo)258的長度而間隔開。光電二極管2701—8中的每個(gè)都可以通過相應(yīng)輸入波導(dǎo)2781—8接收光，輸入波導(dǎo)2781—8中的每個(gè)可以接收相應(yīng)的數(shù)字輸入信號IN1—8。在操作中，每個(gè)作為邏輯1的數(shù)字輸入信號IN1—8可以使得通過波導(dǎo)258耦合的光的相位增大一個(gè)增量。如果數(shù)字輸入信號中沒有一個(gè)為邏輯1，則通過波導(dǎo)256耦合的光與通過波導(dǎo)258耦合的光相長干涉，從而在輸出端口 264產(chǎn)生相對大量的光。隨著輸入信號IN1—8的每一個(gè)轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿?，相消干涉可以增大以遞增地減小在輸出端口 264處的光的幅度。結(jié)果，在輸出端口 264處的光的幅度可以與作為邏輯1的數(shù)字輸入信號IN1—8的數(shù)量對應(yīng)。在圖9中所示的D/A轉(zhuǎn)換器250的示例中，形成所有光電二極管2701—8的半導(dǎo)體材料276的長度可以相同。然而，在其他示例中，可以通過將相應(yīng)光電二極管加工為具有沿著波導(dǎo)258的長度延伸的不同長度的半導(dǎo)體材料276，來對輸入信號IN1—8 “加權(quán)”。前述詳細(xì)描述通過使用框圖、流程圖和/或示例陳述了器件和/或處理的各種示例。在這樣的框圖、流程圖和/或示例包含一個(gè)或更多個(gè)功能和/或操作的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以通過各種各樣的硬件、軟件、固件或?qū)嵸|(zhì)上它們的任意組合，單獨(dú)地和/或共同地實(shí)現(xiàn)這樣的框圖、流程圖或示例內(nèi)的每個(gè)功能和/或操作。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以利用其他器件或方法完全或部分地等同實(shí)現(xiàn)本文公開的示例的一些方面。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，在本領(lǐng)域常見的是，以本文給出的方式描述器件和/ 或處理，之后利用工程實(shí)踐將這樣描述的器件集成為其他系統(tǒng)。本文描述的主題有時(shí)圖示了在不同部件內(nèi)包含的其他不同部件，或與不同部件連接的其他不同部件。應(yīng)當(dāng)理解，這樣描述的架構(gòu)僅是示例，實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)獲得相同功能的許多其他架構(gòu)。在概念意義上，用于獲得相同功能的任意布置的部件被有效地“關(guān)聯(lián)”，以使得獲得期望的功能。因此，在本文中被組合為獲得特定功能的任意兩個(gè)部件可以被看作彼此“關(guān)聯(lián)”，以使得獲得期望的功能，而不管架構(gòu)和中間部件如何。同樣地，這樣關(guān)聯(lián)的任意兩個(gè)部件還可以被看作被“可操作地連接”、或“可操作地耦合”到彼此以獲得期望的功能， 并且能夠被這樣關(guān)聯(lián)的任意兩個(gè)部件也可以被看作被“能夠可操作地耦合”到彼此以獲得期望的功能。能夠可操作地耦合的示例包括但不限于能夠物理地緊密配合的和/或物理地交互的部件、和/或能夠無線地交互的和/或無線地交互的部件、和/或邏輯地交互的和/ 或能夠邏輯地交互的部件。對于本文中基本上任意復(fù)數(shù)和/或單數(shù)術(shù)語的使用，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在對于上下文和/或應(yīng)用來說適當(dāng)?shù)那闆r下，將復(fù)數(shù)翻譯為單數(shù)和/或?qū)螖?shù)翻譯為復(fù)數(shù)。為了清楚起見，在本文中可以在表達(dá)上陳述各種單數(shù)/復(fù)數(shù)排列(permutation)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，一般而言，本文中所使用的術(shù)語，尤其是所附權(quán)利要求(例如，所附權(quán)利要求的主體)中所使用的術(shù)語一般旨在為“開放性”術(shù)語(例如，術(shù)語 “包括(including) ”應(yīng)當(dāng)被解釋為“包括但不限于”，術(shù)語“具有”應(yīng)當(dāng)被解釋為“至少具有”， 術(shù)語“包含(includes)”應(yīng)當(dāng)被解釋為“包含但不限于”，等等)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將理解，如果意在具體數(shù)量的介紹性權(quán)利要求陳述，則將在權(quán)利要求中明確陳述這樣的意圖，如果沒有這樣的陳述，則不存在這樣的意圖。例如，作為理解的輔助，所附權(quán)利要求可以包含介紹性短語“至少一個(gè)”和“一個(gè)或更多個(gè)”的使用以介紹權(quán)利要求陳述。然而，這樣短語的使用不應(yīng)當(dāng)被解釋為暗示通過不定冠詞“a或an (—個(gè))”進(jìn)行的權(quán)利要求陳述的介紹將包含這樣的介紹性權(quán)利要求陳述的任意特定權(quán)利要求限制為僅包含一個(gè)這樣的陳述的示例， 即使當(dāng)同一權(quán)利要求包括介紹性短語“一個(gè)或更多個(gè)”或“至少一個(gè)”和如“a或an (—個(gè))” 的不定冠詞(例如，“a或an(—個(gè))”應(yīng)當(dāng)被解釋為表示“至少一個(gè)”或“一個(gè)或更多個(gè)”)； 對于使用定冠詞來介紹權(quán)利要求陳述同樣的內(nèi)容成立。此外，即使明確陳述了介紹性權(quán)利要求陳述的具體數(shù)量，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也將認(rèn)識到這樣的陳述應(yīng)當(dāng)被解釋為表示至少所陳述的數(shù)量(例如，不帶其他修飾語的“兩個(gè)陳述”的無修飾陳述，表示至少兩個(gè)陳述、或者兩個(gè)或更多個(gè)陳述)。此外，在使用與“A、B和C等中的至少一個(gè)”類似的習(xí)慣表述的實(shí)例中，一般而言，這樣的構(gòu)造意在就本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解習(xí)慣表述的意義而言(例如，“具有A、B和C中的至少一個(gè)的系統(tǒng)”將包括但不限于僅具有A的系統(tǒng)、僅具有B的系統(tǒng)、僅具有C的系統(tǒng)、一起具有A和B的系統(tǒng)、一起具有A和C的系統(tǒng)、一起具有B和C的系統(tǒng)、和/或一起具有A、B和C的系統(tǒng)等)。在使用與“A、B或C等中的至少一個(gè)”類似的習(xí)慣表述的實(shí)例中，一般而言，這樣的構(gòu)造意在就本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解習(xí)慣表述的意義而言(例如， “具有A、B或C中的至少一個(gè)的系統(tǒng)”將包括但不限于僅具有A的系統(tǒng)、僅具有B的系統(tǒng)、僅具有C的系統(tǒng)、一起具有A和B的系統(tǒng)、一起具有A和C的系統(tǒng)、一起具有B和C的系統(tǒng)、和 /或一起具有A、B和C的系統(tǒng)等)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將理解到，呈現(xiàn)兩個(gè)或更多個(gè)替選術(shù)語的幾乎任意的選言(disjunctive)詞語和/或短語，不管是在說明書、權(quán)利要求或附圖中，均應(yīng)當(dāng)被理解為考慮包括術(shù)語之一、術(shù)語中的任意一個(gè)、或全部術(shù)語的可能性。例如，短語“A或B”將被理解為包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。此外，在按照馬庫什(Markush)群描述本公開的特征或方面的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到由此也按照馬庫什群中的任意單個(gè)構(gòu)件或構(gòu)件子群來描述本公開。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解到，為了任意或全部目的，諸如就提供書面描述而言，本文公開的全部范圍也包含任意或全部可能的子范圍及其子范圍的組合。所列出的任意范圍可以被容易地看作充分地描述并使得同一范圍能夠被分為至少相等的二分之一、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作為非限制性示例，本文討論的每個(gè)范圍都可以被容易地分成下三分之一、中三分之一和上三分之一等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將理解到，諸如 “達(dá)到”、“至少”、“大于”和“少于”等的全部語言包括所陳述的數(shù)量并指代如前所述的可在隨后被分成多個(gè)子范圍的范圍。最后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，范圍包括每個(gè)單獨(dú)的構(gòu)件。 因此，例如，具有1-3個(gè)單元的群指代具有1個(gè)單元的群、2個(gè)單元的群或3個(gè)單元的群。類似地，具有1-5個(gè)單元的群指代具有1個(gè)單元的群、2個(gè)單元的群、3個(gè)單元的群、4個(gè)單元的群或5個(gè)單元的群等。盡管本文已經(jīng)公開了各種方面和示例，但是其他方面和示例對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是明顯的。本文公開的這些各種方面和示例是用于說明的目的而不意在是限制性的，其中真正的范圍和精神通過所附權(quán)利要求來表明。
權(quán)利要求
1.一種光電路器件，包括第一光波導(dǎo)；與所述第一光波導(dǎo)分隔開一段間隙的第二光波導(dǎo)；以及在所述第一光波導(dǎo)和所述第二光波導(dǎo)之間延伸的半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體材料形成光電二極管結(jié)，所述光電二極管結(jié)被構(gòu)造為響應(yīng)于通過所述第二光波導(dǎo)耦合到所述半導(dǎo)體材料的光而改變所述第一光波導(dǎo)的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電路器件，其中所述第一光波導(dǎo)和所述第二光波導(dǎo)分別包括硅光波導(dǎo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電路器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括硅和鍺中的一種或更多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電路器件，其中所述第一光波導(dǎo)和所述第二光波導(dǎo)被構(gòu)造為優(yōu)先地耦合第一波長的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電路器件，其中所述半導(dǎo)體材料可被操作用于優(yōu)先地吸收所述第一波長的光。
6.一種適用于利用來自光源的光并響應(yīng)于光信號進(jìn)行操作的光電路，所述光電路包括具有光供給端口和輸出端口的第一光波導(dǎo)，所述第一光波導(dǎo)在所述光供給端口和所述輸出端口之間分成第一波導(dǎo)分支和第二波導(dǎo)分支，其中所述光供給端口適用于接收來自所述光源的光；具有輸入端口和輸出端口的第二光波導(dǎo)，所述第二光波導(dǎo)的所述輸出端口與所述第一波導(dǎo)分支分隔開一段間隙；以及在所述第二光波導(dǎo)的所述輸出端口和所述第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支之間延伸的半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體材料形成光電二極管結(jié)，所述光電二極管結(jié)被構(gòu)造為響應(yīng)于由所述第二光波導(dǎo)的所述輸入端口接收到的并通過所述第二光波導(dǎo)耦合到所述半導(dǎo)體材料的光信號而改變所述第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支的折射率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電路器件，其中所述光信號包括調(diào)幅光。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電路器件，其中所述來自光源的光包括相干光，并且其中所述光信號包括與來自所述光源的光相干的光。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電路器件，其中所述調(diào)幅光包括數(shù)字調(diào)制的光信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電路器件，其中所述第一波導(dǎo)分支的長度基本等于所述第二波導(dǎo)分支的長度。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電路器件，其中所述第一波導(dǎo)分支的長度與所述第二波導(dǎo)分支的長度相差來自所述光源的光的波長的基本一半。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電路器件，其中所述半導(dǎo)體材料可被操作用于響應(yīng)于所述光信號而將所述第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支的折射率改變來自所述光源的光的波長的一半。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電路器件，其中所述光信號包括第一數(shù)字光信號，并且來自所述光源的光包括第二數(shù)字光信號，并且其中所述光電路器件還包括具有輸入端口和輸出端口的第三光波導(dǎo)，所述第三光波導(dǎo)在所述光供給端口和所述輸出端口之間分成第一波導(dǎo)分支和第二波導(dǎo)分支，所述第三光波導(dǎo)的所述輸出端口耦合到所述第一光波導(dǎo)的輸出端口以提供公共輸出端口，所述第三光波導(dǎo)的所述輸入端口接收所述第一數(shù)字光信號；具有輸入端口和輸出端口的第四光波導(dǎo)，所述第四光波導(dǎo)的所述輸出端口與所述第三光波導(dǎo)的所述第一波導(dǎo)分支分隔開第二間隙；以及在所述第四光波導(dǎo)的所述輸出端口和所述第三光波導(dǎo)的所述第一波導(dǎo)分支之間延伸的第二半導(dǎo)體材料，所述第二半導(dǎo)體材料形成光電二極管結(jié)，所述光電二極管結(jié)被構(gòu)造為響應(yīng)于由所述第四光波導(dǎo)的輸入端口接收到的并且通過所述第四光波導(dǎo)耦合到所述第二半導(dǎo)體材料的所述第一數(shù)字光信號而改變所述第三光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支的折射率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光電路，其中所述第一光波導(dǎo)的第一分支的長度基本等于所述第一光波導(dǎo)的第二分支的長度，其中所述第三光波導(dǎo)的第一分支的長度基本等于所述第三光波導(dǎo)的第二分支的長度，其中所述第一光波導(dǎo)的從所述第一光波導(dǎo)的輸入端口到所述第一光波導(dǎo)的輸出端口的長度基本等于所述第三光波導(dǎo)的從所述第三光波導(dǎo)的輸入端口到所述第三光波導(dǎo)的輸出端口的長度，并且其中所述半導(dǎo)體材料可被操作用于響應(yīng)于所述第一數(shù)字光信號和所述第二數(shù)字光信號而分別將所述第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支的折射率和所述第三光波導(dǎo)的第一分支的折射率改變分別包括所述第二數(shù)字光信號和所述第一數(shù)字光信號的光的波長的一半。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電路器件，還包括多個(gè)附加光波導(dǎo)，每個(gè)附加光波導(dǎo)具有輸入端口和輸出端口，所述附加光波導(dǎo)的各自的輸出端口在沿著所述第一波導(dǎo)分支的長度間隔開的各個(gè)位置處與所述第一波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支分隔開各自的間隙；以及在所述附加光波導(dǎo)中的每個(gè)附加光波導(dǎo)的輸出端口與所述第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支之間延伸的半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體材料形成各自的光電二極管結(jié)，所述各自的光電二極管結(jié)被構(gòu)造為響應(yīng)于由各自的附加光波導(dǎo)的輸入端口接收到的各自的光信號而改變所述第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支的折射率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光電路器件，其中在所述附加光波導(dǎo)中的每個(gè)附加光波導(dǎo)的輸出端口和所述第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支之間延伸的所述半導(dǎo)體材料被構(gòu)造為響應(yīng)于各自的光信號而等同地改變所述第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支的折射率。
17.一種光學(xué)地執(zhí)行功能的方法，包括通過光波導(dǎo)將光從輸入端口耦合到輸出端口，所述光波導(dǎo)在所述輸入端口和所述輸出端口之間分成第一波導(dǎo)分支和第二波導(dǎo)分支；以及光學(xué)地改變所述光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支的折射率。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述改變所述第一波導(dǎo)分支的折射率包括將光耦合到由與所述光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支耦合的半導(dǎo)體材料形成的光電二極管結(jié)。
19.一種加工光電路器件的方法，包括將硅放置在襯底上；蝕刻所述硅以在所述襯底上形成第一光波導(dǎo)，其中所述蝕刻形成在輸入端口和輸出端口之間分成第一波導(dǎo)分支和第二波導(dǎo)分支的第一光波導(dǎo)，所述蝕刻還形成第二光波導(dǎo)，所述第二光波導(dǎo)具有輸入端口和輸出端口，所述第二光波導(dǎo)與所述第一波導(dǎo)分支分隔開一段間隙；將半導(dǎo)體材料的第一層放置在所述第二光波導(dǎo)的輸出端口和所述第一光波導(dǎo)的第一波導(dǎo)分支之間的所述第一波導(dǎo)和所述第二波導(dǎo)上，所述半導(dǎo)體材料的第一層被摻雜以形成 P摻雜半導(dǎo)體材料或N摻雜半導(dǎo)體材料中的一種；以及將半導(dǎo)體材料的第二層放置在半導(dǎo)體材料的第一層上，所述半導(dǎo)體材料的第二層被摻雜以形成P摻雜半導(dǎo)體材料或N摻雜半導(dǎo)體材料中的另一種。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中沉積被摻雜以形成P摻雜半導(dǎo)體材料或N摻雜半導(dǎo)體材料中的一種的半導(dǎo)體材料的第一層的動(dòng)作包括在沉積之前對該半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻雜，并且其中沉積被摻雜以形成P摻雜半導(dǎo)體材料或N摻雜半導(dǎo)體材料中的另一種的半導(dǎo)體材料的第二層的動(dòng)作包括在沉積之前對該半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻雜。
全文摘要
一般地公開了用于以下光器件的技術(shù)，該光器件可以用于通過光學(xué)手段實(shí)現(xiàn)各種邏輯器件或其他電路。示例性的光器件利用光電二極管改變波導(dǎo)中的載流子濃度，從而改變波導(dǎo)的折射率。光電二極管可以被光信號所驅(qū)動(dòng)，光信號可以通過光波導(dǎo)而耦合到光電二極管。光信號可以被配置為控制通過波導(dǎo)耦合的相干光的相位。各種邏輯器件和其他電路可以通過允許通過波導(dǎo)耦合的光與其他相干光相長或相消干涉來實(shí)現(xiàn)。
文檔編號G02B6/10GK102428397SQ201080021819
公開日2012年4月25日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者伊齊基爾·克魯格利克 申請人:英派爾科技開發(fā)有限公司