專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，尤其是一種采用MZI結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
采用馬赫-澤恩德干涉儀(MZI)結(jié)構(gòu)構(gòu)成光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)或調(diào)制器是一種常見(jiàn)的技術(shù)。在美國(guó)專(zhuān)利7817881中，引入了波導(dǎo)電容器的概念，在這種波導(dǎo)電容器的波導(dǎo)芯區(qū)中能夠儲(chǔ)存自由載流子，用來(lái)調(diào)制波導(dǎo)材料的折射率。在硅光子學(xué)中，自由載流子色散效應(yīng)被應(yīng)用于調(diào)制硅的折射率，因而可以采用MZI 結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)成開(kāi)關(guān)或是振幅調(diào)制器。然而，在自由載流子色散效應(yīng)中，所注入的自由載流子不僅能影響折射率的實(shí)部，而且還能影響折射率的虛部，即它在調(diào)制相位的同時(shí)會(huì)引起光的衰減。由于MZI的兩條臂所輸出的光束發(fā)生干涉時(shí)的光功率不同，MZI構(gòu)成的光開(kāi)關(guān)不能達(dá)到一個(gè)非常高的消光比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于半導(dǎo)體材料的具有高消光比的光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，包括一個(gè)基于半導(dǎo)體的波導(dǎo)MZI結(jié)構(gòu)，其中，所述MZI結(jié)構(gòu)包括第一波導(dǎo)臂，第二波導(dǎo)臂，兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口 ；所述MZI結(jié)構(gòu)的第一波導(dǎo)臂包括一個(gè)相位調(diào)制部分，所述相位部分包括一段波導(dǎo)電容器；所述MZI結(jié)構(gòu)的第二波導(dǎo)臂包括一個(gè)由一段不同結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)電容器構(gòu)成的振幅調(diào)制部分；所述振幅調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的載流子遷移率低于所述相位調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的載流子遷移率。如上所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其中，所述振幅調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的背景離子濃度高于所述相位調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的背景離子濃度，因此前者的載流子遷移率低于后者的載流子遷移率。如上所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其中，僅在第一波導(dǎo)臂上有所述相位調(diào)制部分，僅在第二波導(dǎo)臂上有所述振幅調(diào)制部分，所述有相位調(diào)制部分的第一波導(dǎo)臂被稱(chēng)為相位調(diào)制臂，所述有振幅調(diào)制部分的第二波導(dǎo)臂被稱(chēng)為振幅調(diào)制臂。如上所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其中，所述相位調(diào)制部分的波導(dǎo)電容器是一種PIN 結(jié)型波導(dǎo)電容器，所述振幅調(diào)制部分的波導(dǎo)電容器是一種PN結(jié)型波導(dǎo)電容器。如上所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其中，所述波導(dǎo)電容器是一種脊加載型波導(dǎo)電容器， 所述脊加載型波導(dǎo)電容器包括一層加載在一個(gè)SOI脊波導(dǎo)上方的半導(dǎo)體薄膜，和一層位于所述半導(dǎo)體薄膜和所述脊波導(dǎo)之間的絕緣薄膜層。另一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，包括一個(gè)基于半導(dǎo)體的波導(dǎo)MZI結(jié)構(gòu)，其中，所述MZI結(jié)構(gòu)包括第一波導(dǎo)臂，第二波導(dǎo)臂，兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口 ；所述MZI結(jié)構(gòu)的第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂均包括一個(gè)相位調(diào)制部分和一個(gè)振幅調(diào)制部分；所述相位調(diào)制部分包括一段波導(dǎo)電容器；所述振幅調(diào)制部分包括一段不同結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)電容器；所述振幅調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的載流子遷移率低于所述相位調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的載流子遷移率。如上所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其中，所述振幅調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的背景離子濃度高于所述相位調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的背景離子濃度，因此前者的載流子遷移率低于后者的載流子遷移率。如上所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其中，所述相位調(diào)制部分的波導(dǎo)電容器是一種PIN 結(jié)型波導(dǎo)電容器，所述振幅調(diào)制部分的波導(dǎo)電容器是一種PN結(jié)型波導(dǎo)電容器。如上所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其中，所述波導(dǎo)電容器是一種脊加載型波導(dǎo)電容器， 所述脊加載型波導(dǎo)電容器包括一層加載在一個(gè)SOI脊波導(dǎo)上方的半導(dǎo)體薄膜，和一層位于所述半導(dǎo)體薄膜和所述脊波導(dǎo)之間的絕緣薄膜層。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)極高的消光比， 從而提高器件效率。本發(fā)明公開(kāi)的光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)中采用了不對(duì)稱(chēng)的MZI結(jié)構(gòu)，所述MZI的兩條臂上采用了不同的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)一條臂采用的波導(dǎo)電容器中，被存儲(chǔ)的載流子遷移率低，主要實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制；另一條臂采用的波導(dǎo)電容器中，被存儲(chǔ)的載流子遷移率高，主要實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。在本發(fā)明公開(kāi)的光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)基礎(chǔ)上，根據(jù)自由載流子效應(yīng)設(shè)計(jì)算法和迭代過(guò)程，不斷修正對(duì)MZI的兩條波導(dǎo)臂的離子注入，最終使兩條波導(dǎo)臂輸出光功率無(wú)限接近而實(shí)現(xiàn)極高的消光比。


圖1是本發(fā)明公開(kāi)的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)1-1截面的示意圖。圖3是本發(fā)明公開(kāi)的光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)中采用脊加載波導(dǎo)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明公開(kāi)的光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)中每條臂上都有相位調(diào)制部分和振幅調(diào)制部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明公開(kāi)了一種具有高消光比的采用非對(duì)稱(chēng)的基于半導(dǎo)體的波導(dǎo)MZI結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其中MZI結(jié)構(gòu)的兩條臂采用不同的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)一條臂采用的波導(dǎo)電容器中，背景離子濃度高，主要實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制；另一條臂采用的波導(dǎo)電容器中，背景離子濃度低，主要實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。光波導(dǎo)上的PN結(jié)和PIN結(jié)屬于能夠?qū)崿F(xiàn)前述功能的波導(dǎo)電容器的兩個(gè)特例。PN結(jié)的背景離子濃度較高，而PIN結(jié)的背景離子濃度較低。這里的“較高”或 “較低”是相對(duì)的，也就是說(shuō)，其中一個(gè)背景離子濃度高于另一個(gè)背景離子濃度，那么另一個(gè)背景離子濃度就稱(chēng)為“較低”。圖1是本發(fā)明公開(kāi)的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示的實(shí)施例中，從輸入端到輸出端，光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)40包括兩個(gè)輸入端口 51，52，一對(duì)輸入硅波導(dǎo) 17，18，耦合波導(dǎo)17，18&3(1Β輸入耦合器3，兩條波導(dǎo)臂19，20，一對(duì)輸出硅波導(dǎo)Μ，25，耦合波導(dǎo)Μ，25的3dB輸出耦合器4，和兩個(gè)輸出端口 53，54。波導(dǎo)臂19包括一個(gè)突變PN結(jié)190。波導(dǎo)臂20包括一個(gè)PIN結(jié)200。振幅調(diào)制電極22位于波導(dǎo)臂19的突變PN結(jié)190處 的P型摻雜區(qū)191上方，并且相位調(diào)制電極23位于波導(dǎo)臂20的PIN結(jié)200處的P型摻雜區(qū) 201上方。接地電極21位于突變PN結(jié)190和PIN結(jié)200的N型摻雜區(qū)192，202的上方。突變PN結(jié)190和PIN結(jié)200之間的區(qū)別在于背景離子注入濃度不同。根據(jù)自由 載流子色散理論，
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)包括一個(gè)基于半導(dǎo)體的波導(dǎo)MZI結(jié)構(gòu)，其中，所述MZI結(jié)構(gòu)包括第一波導(dǎo)臂，第二波導(dǎo)臂，兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口 ；所述MZI結(jié)構(gòu)的第一波導(dǎo)臂包括一個(gè)相位調(diào)制部分，所述相位部分包括一段波導(dǎo)電容器；所述MZI結(jié)構(gòu)的第二波導(dǎo)臂包括一個(gè)由一段不同結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)電容器構(gòu)成的振幅調(diào)制部分；所述振幅調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的載流子遷移率低于所述相位調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的載流子遷移率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述振幅調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的背景離子濃度高于所述相位調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的背景離子濃度。
3.權(quán)利要求1所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，僅在第一波導(dǎo)臂上有所述相位調(diào)制部分；僅在第二波導(dǎo)臂上有所述振幅調(diào)制部分；所述有相位調(diào)制部分的第一波導(dǎo)臂被稱(chēng)為相位調(diào)制臂；所述有振幅調(diào)制部分的第二波導(dǎo)臂被稱(chēng)為振幅調(diào)制臂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述相位調(diào)制部分的波導(dǎo)電容器是一種PIN結(jié)型波導(dǎo)電容器，所述振幅調(diào)制部分的波導(dǎo)電容器是一種PN結(jié)型波導(dǎo)電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述波導(dǎo)電容器是一種脊加載型波導(dǎo)電容器，所述脊加載型波導(dǎo)電容器包括一層加載在一個(gè)SOI脊波導(dǎo)上方的半導(dǎo)體薄膜，和一層位于所述半導(dǎo)體薄膜和所述脊波導(dǎo)之間的絕緣薄膜層。
6.一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)包括一個(gè)基于半導(dǎo)體的波導(dǎo)MZI結(jié)構(gòu)，其中，所述MZI結(jié)構(gòu)包括第一波導(dǎo)臂，第二波導(dǎo)臂，兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口 ；所述MZI結(jié)構(gòu)的第一波導(dǎo)臂和第二波導(dǎo)臂均包括一個(gè)相位調(diào)制部分和一個(gè)振幅調(diào)制部分；所述相位調(diào)制部分包括一段波導(dǎo)電容器；所述振幅調(diào)制部分包括一段不同結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)電容器；所述振幅調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的載流子遷移率低于所述相位調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的載流子遷移率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述振幅調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的背景離子濃度高于所述相位調(diào)制部分中的波導(dǎo)電容器的存儲(chǔ)電荷區(qū)域的背景離子濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述相位調(diào)制部分的波導(dǎo)電容器是一種PIN結(jié)型波導(dǎo)電容器，所述振幅調(diào)制部分的波導(dǎo)電容器是一種PN結(jié)型波導(dǎo)電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述波導(dǎo)電容器是一種脊加載型波導(dǎo)電容器，所述脊加載型波導(dǎo)電容器包括一層加載在一個(gè)SOI脊波導(dǎo)上方的半導(dǎo)體薄膜，和一層位于所述半導(dǎo)體薄膜和所述脊波導(dǎo)之間的絕緣薄膜層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有高消光比的光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)。本發(fā)明公開(kāi)的光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)采用了非對(duì)稱(chēng)的基于半導(dǎo)體的波導(dǎo)MZI結(jié)構(gòu)，在一個(gè)實(shí)施例中，MZI的兩條臂上采用了不同的波導(dǎo)電容器結(jié)構(gòu)一條臂采用的波導(dǎo)電容器中，被存儲(chǔ)的載流子遷移率低，主要實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制；另一條臂采用的波導(dǎo)電容器中，被存儲(chǔ)的載流子遷移率高，主要實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。采用本發(fā)明公開(kāi)的光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)幾乎無(wú)限大的消光比。
文檔編號(hào)G02F1/025GK102566090SQ20111046170
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者李冰 申請(qǐng)人:李冰