專利名稱：電可調(diào)諧光柵耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到硅基光電子技術(shù)，尤其涉及到SOI基一種電可調(diào)諧光柵耦合器。
背景技術(shù)：
微電子技術(shù)和光纖通信技術(shù)是人類信息社會(huì)的兩大基石。近半個(gè)世紀(jì)來，隨著集成電路的發(fā)展，硅基材料和器件工藝已經(jīng)非常驚人的成熟，而且隨著工藝特征尺寸的不斷縮小，集成電路的集成度也一直按照摩爾定律飛速向前發(fā)展。芯片更高的集成度帶來的不僅僅是晶體管數(shù)目的增加，更是芯片功能和處理速度的提升。例如，Intel采用的45nm工藝最新的8核微處理器Nehalem-EX的晶體管數(shù)目達(dá)到23億個(gè)。然而，隨著特征尺寸的不斷縮小和集成度的不斷增加，微電子工藝的局限性也日趨明顯。一方面是由于器件線寬的不斷減小，傳統(tǒng)的光刻加工手段已經(jīng)接近極限，此外，當(dāng)器件尺寸接近納米尺度時(shí)，將會(huì)引入不可期望的量子物理效應(yīng)，從而導(dǎo)致器件失效。另一方面是由于隨著晶體管尺寸和互連線尺寸同步縮小，單個(gè)晶體管的延時(shí)和功耗越來越小，而互連線的延時(shí)和功耗卻越來越大并逐漸占據(jù)主導(dǎo)。在當(dāng)今的處理器中，電互連引起的功耗占了整個(gè)芯片總功耗的80%以上。 因此，可以看到深亞微米特征尺寸下電互連延遲和功耗的瓶頸，已經(jīng)嚴(yán)重制約了芯片性能的進(jìn)一步提高。片上互連迫切需要一種比電互連更高速更寬帶的互連方式。相比微電子技術(shù)，光纖通信技術(shù)雖然起步較晚，但是其發(fā)展速度異常驚人。光纖通信具有損耗低、頻帶寬、容量大、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，因此備受業(yè)內(nèi)青睞。從1980年到2000 年的20年間，光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量增加了一萬倍，傳輸速度提高了大約100倍，給人類帶來了一個(gè)無限帶寬的高速信息載體。毫無疑問，光互連在長距離通信中優(yōu)勢是明顯的，也取得了廣泛的應(yīng)用和成功，于是人們設(shè)想能否將光互連引入到芯片級(jí)尺寸來解決片上電互連的瓶頸呢？縱觀近十年來，通信方式已經(jīng)在從傳統(tǒng)的電互連到光互連逐步的過渡，中短距離通信中，目前雖然是電互連為主，但光互連已經(jīng)有逐步滲透的趨勢。目前光互連尚未涉足的領(lǐng)域就是片間以及片內(nèi)的通信。從兩種互連方式比較而言，光互連有明顯的優(yōu)勢，其高帶寬、低能耗、延遲小、抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)是芯片內(nèi)銅互連線所無法比擬的。因此，研究芯片級(jí)的光子技術(shù)并使其與世界上最為成熟廉價(jià)的硅CMOS工藝兼容，對于實(shí)現(xiàn)片上光互連和解決微電子芯片的性能瓶頸具有十分重要的意義和價(jià)值。近年來，SOI材料由于其強(qiáng)的光限制能力以及硅在光通信波段透明的特性，成為一個(gè)極具吸引力的硅光子技術(shù)平臺(tái)，并且發(fā)展十分迅速，許多有重大意義的成果相繼被提出和驗(yàn)證，光柵耦合器、MZI調(diào)制器、微環(huán)調(diào)制器、鍺波導(dǎo)探測器、復(fù)用解復(fù)用器件等的問世也似乎宣告了一個(gè)光子時(shí)代即將到來。然而，挑戰(zhàn)和困難也是巨大的，最大的難題在于缺乏芯片級(jí)可用的硅基光源，由于硅是間接禁帶半導(dǎo)體材料，用硅材料制作光源幾乎是不可能完成的任務(wù)，目前國際上提出較多的方案是采用鍵合III-V族激光器與硅波導(dǎo)耦合，最近，關(guān)于硅基上混合生長III-VI族材料的激光器更是讓人們對于光子時(shí)代的到來更加期待。正由于硅光子技術(shù)的潛在巨大應(yīng)用價(jià)值和前景，世界各國都給予了足夠的重視和投入，特別是LuxteraUnteLIBM等計(jì)算機(jī)通信行業(yè)巨頭投入了巨大的人力物力財(cái)力，也取得了許多重要的進(jìn)展，Luxtera的單片光收發(fā)模塊、Intel的50(ib/S的光子連接系統(tǒng)、IBM的CMOS集成硅基納米光子技術(shù)等開啟了硅基光電功能集成的新紀(jì)元，也極大的推動(dòng)了硅基光子學(xué)的發(fā)展。可以預(yù)測，未來的幾十年里，硅光子技術(shù)將迎來突破型的進(jìn)步和發(fā)展并逐漸取得廣泛應(yīng)用。從單個(gè)器件而言，光柵耦合器作為一種可以垂直放置光纖的光學(xué)接口，具有大的對準(zhǔn)容差能力、可以隨意放置、易于實(shí)現(xiàn)片上測試、無需端面拋光等優(yōu)點(diǎn)，因此被認(rèn)為是一種很有用的片上耦合器件。遺憾的是，普通的均勻光柵效率往往有一個(gè)上限，僅僅通過光柵參數(shù)的改變已經(jīng)很難大幅度提高，而且由于工藝誤差和不完美性的影響，光柵器件的測試往往和模擬結(jié)果有不小的偏差，例如出現(xiàn)中心波長的偏移或者是效率出現(xiàn)下降。因此，更高效率、更寬帶、工藝容差能力更強(qiáng)成為了光柵研究和實(shí)用化的方向和重點(diǎn)。本發(fā)明立足于提高光柵的耦合效率以及光柵的工藝容差能力，分別采用襯底金反射鏡和嵌入光柵的p-i-n 電結(jié)構(gòu)來分別實(shí)現(xiàn)了器件耦合效率的大幅提高以及器件的電可調(diào)諧。如前述，通過采用后工藝引入襯底金反射鏡，可以將向下透射的光能量大部分反射回光柵，從而進(jìn)一步耦合為波導(dǎo)中模式光能量，于是光柵耦合效率可以大大提高。此外，通過在光柵左右兩側(cè)平板中重?fù)诫s形成P+和N+區(qū)從而將p-i-n電學(xué)結(jié)構(gòu)嵌入到光柵器件中，可以利用電注入引起的等離子體色散效應(yīng)來調(diào)諧光柵區(qū)域的折射率分布和吸收系數(shù)分布，從而改變了光柵的耦合光譜曲線。光柵在特定波長處的效率以及光柵的中心波長可以通過外加的電信號(hào)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧， 利用這個(gè)特性，我們可以將該器件用于對信道進(jìn)行均衡，可以補(bǔ)償溫度和工藝帶來的誤差， 此外，該器件還可以作為低速的電光調(diào)制器使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電可調(diào)諧光柵耦合器，其與傳統(tǒng)的光柵耦合器相比，具有耦合效率高、可調(diào)諧性、工藝容差能力強(qiáng)、CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，可以在未來的片上/片間光互連網(wǎng)絡(luò)中獲得廣泛應(yīng)用。本發(fā)明提供一種電可調(diào)諧光柵耦合器，包括一 SOI襯底，包括硅襯底、埋氧層以及上方的頂層硅層；一斜入射光柵耦合器，位于SOI襯底之上的頂層硅層上；一 P+摻雜區(qū)，位于斜入射光柵耦合器的一側(cè)平板區(qū)域內(nèi)；一 N+摻雜區(qū)，位于斜入射光柵耦合器的另一側(cè)平板區(qū)域內(nèi)；一對電極，位于P+摻雜區(qū)和N+摻雜區(qū)的上方，通過金屬接觸通孔分別與P+摻雜區(qū)和N+摻雜區(qū)相連，用于電信號(hào)的加載；一模式轉(zhuǎn)換器，一端為寬波導(dǎo)，該模式轉(zhuǎn)換器位于斜入射光柵耦合器的一端，具有寬波導(dǎo)的一端與斜入射光柵耦合器的一端耦合，實(shí)現(xiàn)近似絕熱無損的模式轉(zhuǎn)換；一單模脊型波導(dǎo)，與斜入射光柵耦合器分別位于模式轉(zhuǎn)換器的兩端，用于引導(dǎo)斜入射光柵耦合器耦合進(jìn)入且經(jīng)模式轉(zhuǎn)換后的光能量單模傳輸；一襯底金反射鏡，嵌入于SOI襯底底部的硅襯底中，斜入射光柵耦合器和埋氧層的下方。本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)為一個(gè)帶襯底金反射鏡的斜入射光柵以及嵌入該光柵的p-i-n 電結(jié)構(gòu)組成的電可調(diào)諧光柵耦合器。對于光柵耦合器來講，耦合效率和光學(xué)帶寬是最重要的兩個(gè)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中耦合效率決定了光源出射效率的片上利用率以及光互連鏈路后端的光功率強(qiáng)度，它與整個(gè)光互連鏈路的功耗以及探測接收的分辨率具有很大的關(guān)系。因此，提高光柵的效率對于片上光互連網(wǎng)絡(luò)具有十分重要的意義。斜入射光柵是目前研究最多的一種光柵器件，通過將入射光纖偏離垂直方向一個(gè)小的角度比如8度或者十度，可以使得光柵器件的耦合具有方向性，即往一個(gè)方向波導(dǎo)耦合的光能量占主導(dǎo)，另一個(gè)方向耦合的光能量微乎其微。此時(shí)，影響光柵耦合效率的主要是襯底方向的光能量部分。襯底反射鏡是通過SOI背面處理、光刻、刻蝕并填充金屬引入的，它的作用是用來將光柵向襯底泄漏的光能量大部分返回再次利用，從而大大提高耦合效率。電結(jié)構(gòu)是通過在光柵器件兩側(cè)的平板區(qū)域分別進(jìn)行P+和N+摻雜，于是便形成了一個(gè)光柵內(nèi)嵌其中的p-i-n結(jié)構(gòu)。通過外加電壓，P-i-n電學(xué)結(jié)構(gòu)開始正向偏置，超過閾值電壓后開始往光柵本征區(qū)域注入載流子， 此后由于等離子體色散效應(yīng)，光柵區(qū)域的折射率和吸收系數(shù)開始呈現(xiàn)出與載流子濃度分布相關(guān)的分布，于是光柵區(qū)域的有效折射率以及耦合特性開始發(fā)生變化，電壓較低時(shí)，耦合曲線的移動(dòng)較小，可以用來微調(diào)光柵的中心波長從而使得我們器件的工作波長處于最大耦合效率處；電壓較大時(shí)，由于折射率改變而引起的曲線藍(lán)移以及吸收引起的曲線下降可以使得光柵在特定波長處的耦合效率發(fā)生較大的改變，利用這一特性，該器件甚至有潛力作為一個(gè)低速的片上電光調(diào)制器。


為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中圖Ia為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體示意圖，顯示其正面；圖Ib為圖Ia的反面示意圖；圖加為圖Ia中A-A'的截面示意圖；圖2b為圖Ia中B-B'的截面示意圖；圖3a、圖北為本發(fā)明具體實(shí)施例有無襯底金反射鏡9的斜入射光柵耦合器2的 B-B'截面場分布對比圖；圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例有無襯底金反射鏡9的斜入射光柵耦合器2耦合效率曲線對比圖；圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例斜入射光柵耦合器2區(qū)域A-A'方向不同電壓下載流子分布；圖6a、圖6b為本發(fā)明具體實(shí)施例斜入射光柵耦合器2區(qū)域外加偏壓為2V時(shí)復(fù)折射率(n、k)的平面分布圖；圖7a、圖7b為本發(fā)明具體實(shí)施例無襯底金反射鏡9的斜入射光柵耦合器2的耦合曲線隨電壓變化。
具體實(shí)施方案由于本發(fā)明是基于SOI襯底材料設(shè)計(jì)的硅基可調(diào)諧光柵耦合器，對于不同的埋氧層厚度以及頂層硅厚度，為達(dá)到功能要求相應(yīng)的最佳設(shè)計(jì)也不同，因此為了方便進(jìn)行敘述， 本發(fā)明襯底材料默認(rèn)為具體實(shí)施參數(shù)，即埋氧層厚度為2 μ m，頂層硅厚度為220nm。
圖la、圖Ib為本發(fā)明的立體效果示意圖，分別為本發(fā)明正面和反面的示意圖。參閱該圖可見，本發(fā)明提供一種電可調(diào)諧光柵耦合器，包括一個(gè)SOI襯底1，包括硅襯底10、埋氧層11以及上方的頂層硅層12 ；一個(gè)斜入射光柵耦合器2，位于SOI襯底1之上的頂層硅層12上；一個(gè)P+摻雜區(qū)3，位于斜入射光柵耦合器2的一側(cè)平板區(qū)域內(nèi)；一個(gè)N+摻雜區(qū)4，位于斜入射光柵耦合器2的另一側(cè)平板區(qū)域內(nèi)；一對電極5，位于P+摻雜區(qū)3和N+摻雜區(qū)4的上方，通過金屬接觸通孔分別與P+ 摻雜區(qū)3和N+摻雜區(qū)4相連，用于電信號(hào)的加載；一個(gè)模式轉(zhuǎn)換器6，一端為寬波導(dǎo)7，該模式轉(zhuǎn)換器6位于斜入射光柵耦合器2的一端，具有寬波導(dǎo)6的一端與斜入射光柵耦合器2的一端耦合，實(shí)現(xiàn)近似絕熱無損的模式轉(zhuǎn)換；一個(gè)單模脊型波導(dǎo)8，與斜入射光柵耦合器2分別位于模式轉(zhuǎn)換器6的兩端，用于引導(dǎo)斜入射光柵耦合器2耦合進(jìn)入且經(jīng)模式轉(zhuǎn)換后的光能量單模傳輸。一個(gè)襯底金反射鏡9，嵌入于SOI襯底1底部的硅襯底10中，斜入射光柵耦合器2 和埋氧層11的下方；所述的P+摻雜區(qū)3和N+摻雜區(qū)4分別位于斜入射光柵耦合器2的兩側(cè)平板區(qū)域， 同斜入射光柵耦合器2的無摻雜區(qū)域構(gòu)成橫向p-i-n電學(xué)結(jié)構(gòu)，從而通過載流子向本征區(qū)域的注入和抽取來改變斜入射光柵耦合器2區(qū)域的載流子濃度分布，從而改變斜入射光柵耦合器2耦合區(qū)域的折射率分布和吸收系數(shù)分布，從而使得斜入射光柵耦合器2耦合譜的中心波長發(fā)生移動(dòng)以及耦合效率的變化。所述的電極5通過其外加電壓的改變，使得斜入射光柵耦合器2的中心耦合波長以及在特定波長處的耦合效率受到調(diào)控，因而具備電調(diào)諧的功能。所述的襯底金反射鏡9通過后工藝在斜入射光柵耦合器2的下方硅襯底10刻出金屬填充窗口直至埋氧層11，用來將斜入射光柵耦合器2耦合輸入時(shí)向下透射的能量或者耦合輸出時(shí)向下散射的能量反射回斜入射光柵耦合器2，從而進(jìn)一步耦合到寬波導(dǎo)7或者單模光纖21中，如此可以大大提高耦合效率。請參閱圖2a，為圖Ia中A-A'的截面示意圖。即平行于斜入射光柵耦合器2的光柵條方向的截面示意圖，實(shí)際上，橫向可能會(huì)有兩個(gè)截面，一個(gè)截面是切面在光柵條上，另一個(gè)截面是切面在光柵槽上，即斜入射光柵耦合器2刻蝕的寬度范圍內(nèi)。然而假設(shè)斜入射光柵耦合器2是淺刻蝕，兩種情況區(qū)別并不大，這里我們默認(rèn)該圖為前者。可以看到斜入射光柵耦合器2區(qū)域下方硅襯底10被挖空至埋氧層11，并填充了金作為襯底金反射鏡9。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為保證反射的效果，襯底金反射鏡9的尺寸應(yīng)稍大于斜入射光柵耦合器2區(qū)域。器件上方被二氧化硅包覆，為了防止帶來大的光損耗，兩側(cè)平板P+摻雜區(qū)3和N+摻雜區(qū)4應(yīng)距離斜入射光柵耦合器2區(qū)域?qū)挷▽?dǎo)7的脊一段距離，在圖中顯示為D，兩側(cè)平板的厚度為H，P+摻雜區(qū)3和N+摻雜區(qū)4的摻雜濃度為N，上邊三個(gè)參數(shù)為決定器件電特性的重要指標(biāo)，它決定著該發(fā)明電調(diào)諧的靈敏度和速度。圖2b為圖1中B-B'截面示意圖，設(shè)斜入射光柵耦合器2為均勻光柵，為達(dá)到最高效率耦合，圖中單模光纖21的傾角為θ，斜入射光柵耦合器2的主要參數(shù)為光柵條寬度W、周期Λ、光柵刻蝕深度Τ、光柵長度L以及光柵周期數(shù)N，這些參數(shù)影響著斜入射光柵耦合器2的耦合光譜線形，通過改變這些參數(shù)，可以得到不同效率和帶寬的光柵耦合器，進(jìn)而得到不同調(diào)諧靈敏度和不同調(diào)諧范圍的器件。一般而言，3-dB帶寬越小，調(diào)諧靈敏度越高；效率越高，可調(diào)諧范圍越大。圖3為本發(fā)明斜入射光柵耦合器2在中心波長附近耦合縱向截面電場強(qiáng)度分布圖，為了對比，本圖分別給出了有無襯底金反射鏡9的斜入射光柵耦合器2的耦合電場分布，如圖北和圖3a所示，可以看出，在斜入射光柵耦合器2中心波長附近，斜入射光柵耦合器2可以將由單模光纖21入射的光能量大部分耦合到單側(cè)寬波導(dǎo)7中。僅僅從圖片上來看，兩者似乎并無太大區(qū)別，然而注意到該圖為電場強(qiáng)度的線形分布，即右側(cè)強(qiáng)度條中均為絕對值，可以看出有襯底金反射鏡9時(shí)，左側(cè)寬波導(dǎo)7中耦合的光場強(qiáng)度要大大提高。為了更直觀明顯的量化襯底金反射鏡9對斜入射光柵耦合器2耦合效率帶來的影響和提高，圖4給出了本發(fā)明具體實(shí)施例斜入射光柵耦合器2有無襯底金反射鏡9的耦合效率光譜曲線，可以看到，在添加了襯底金反射鏡9之后，斜入射光柵耦合器2耦合效率在整個(gè)譜線范圍內(nèi)都有了明顯的提高，其中在中心波長處的峰值耦合效率由55%升至80% 左右，可以看出，通過引入襯底金反射鏡9本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高效的耦合。圖5為該發(fā)明具體實(shí)施例外加電壓時(shí)，斜入射光柵耦合器2區(qū)域內(nèi)的載流子濃度 A-A'方向分布圖，我們前面提到由于斜入射光柵耦合器2的每個(gè)周期都由光柵條和光柵槽組成，因此載流子的注入實(shí)際上在垂直于斜入射光柵耦合器2方向上是不均勻的，但是考慮到我們的具體實(shí)施例中的斜入射光柵耦合器2是淺刻蝕，所以在模擬計(jì)算時(shí)認(rèn)為光柵條和槽區(qū)域載流子濃度是一致的，此外，在斜入射光柵耦合器2區(qū)域的高度方向上認(rèn)為載流子的注入是均勻的，因此載流子的分布只是斜入射光柵耦合器2長度方向上的函數(shù)。為了表征不同外加電壓下載流子濃度的橫向分布，我們通過電學(xué)模擬軟件進(jìn)行了模擬，分別得到了電壓為1V、2V、3V下載流子濃度分布，如圖示，χ方向從-6到6為斜入射光柵耦合器 2長度范圍，電壓為IV時(shí)，可以看出腔內(nèi)平均載流子濃度在χ方向近乎均勻，當(dāng)外加電壓升至2V和3V時(shí)，腔內(nèi)載流子濃度明顯在χ方向呈現(xiàn)出一個(gè)明顯的濃度梯度，用以抵消外加電場的作用，從而達(dá)到載流子的穩(wěn)態(tài)。電壓越高，載流子濃度梯度越大。同時(shí)可以看出，p-i-n 二極管的載流子注入并不會(huì)隨著電壓的升高而無限制增加，達(dá)到一定電壓后，載流子注入水平趨于飽和，總注入不再改變，電壓的增加僅僅體現(xiàn)為濃度梯度的改變。圖6a、圖6b為本發(fā)明具體實(shí)施例電壓為2V時(shí)由等離子體色散關(guān)系得到對應(yīng)斜入射光柵耦合器2區(qū)域的復(fù)折射率實(shí)部η和虛部k在(X，y)平面內(nèi)的分布，其中χ方向?qū)?yīng)于斜入射光柵耦合器2長度方向，y方向?qū)?yīng)于斜入射光柵耦合器2寬度方向。由前面所述，認(rèn)為載流子濃度在ζ方向也即斜入射光柵耦合器2高度方向上為均勻的，也即復(fù)折射率的分布在ζ方向也是均勻的。故而，(n，k)的平面分布既能完全表示斜入射光柵耦合器2 區(qū)域的復(fù)折射率分布。將該分布代入到整個(gè)斜入射光柵耦合器2區(qū)域的光學(xué)模擬，便可以得到電壓變化對于斜入射光柵耦合器2耦合的影響。圖7a、圖7b為本發(fā)明具體實(shí)施例無襯底金反射鏡9的斜入射光柵耦合器2耦合曲線隨外加電壓變化，即是不同電壓條件下由載流子濃度分布換算得到復(fù)折射率分布后，從而將電學(xué)模擬的結(jié)果代入到光學(xué)模擬后的耦合曲線變化。圖7a為斜入射光柵耦合器2耦合曲線隨電壓變化而變化線性結(jié)果，圖7b為轉(zhuǎn)換為dB形式，也即換算為插入損耗的結(jié)果。由于3-D模擬非常耗時(shí)，尤其是加入襯底金反射鏡9之后，計(jì)算的數(shù)據(jù)量更是驚人的大，因此， 在這里，我們只對無襯底金反射鏡9的斜入射光柵耦合器2電調(diào)諧的影響做了模擬計(jì)算，易
7知襯底金反射鏡9只是整體上增加了斜入射光柵耦合器2的耦合效率，與電結(jié)構(gòu)的調(diào)諧并無關(guān)系，因此，可以通過無襯底金反射鏡9的器件電調(diào)諧效果想到有襯底金反射鏡9的器件調(diào)諧效果?？梢钥闯觯?dāng)外加電壓很小時(shí)，斜入射光柵耦合器2的耦合曲線藍(lán)移較小，此外由于載流子吸收引起的損耗可以忽略，耦合效率的下降也微乎其微，利用這個(gè)特性，我們可以通過外加一個(gè)小的直流電平從而抵消因工藝的不完美和誤差而引起器件理想特性的偏離。當(dāng)外加電壓較大時(shí)，中心波長的藍(lán)移范圍增大，3V時(shí)藍(lán)移達(dá)到近60nm，此外，在特定波長比如1. 55um附近的中心耦合波長處，加電后，效率最大可由51%至下降至10%，用dB表示則單波長處的消光比達(dá)到了 7dB，這個(gè)結(jié)果已經(jīng)達(dá)到了調(diào)制器的需求。然而由于該p-i-n 結(jié)本征區(qū)較寬，使得該結(jié)的擴(kuò)散電容較大，這也限制了它作為高速調(diào)制器的應(yīng)用。
以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了較詳細(xì)具體的說明，所應(yīng)理解的是，以上所述的僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神、思想和原則范圍內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電可調(diào)諧光柵耦合器，包括一 SOI襯底，包括硅襯底、埋氧層以及上方的頂層硅層； 一斜入射光柵耦合器，位于SOI襯底之上的頂層硅層上； 一 P+摻雜區(qū)，位于斜入射光柵耦合器的一側(cè)平板區(qū)域內(nèi)； 一 N+摻雜區(qū)，位于斜入射光柵耦合器的另一側(cè)平板區(qū)域內(nèi)；一對電極，位于P+摻雜區(qū)和N+摻雜區(qū)的上方，通過金屬接觸通孔分別與P+摻雜區(qū)和 N+摻雜區(qū)相連，用于電信號(hào)的加載；一模式轉(zhuǎn)換器，一端為寬波導(dǎo)，該模式轉(zhuǎn)換器位于斜入射光柵耦合器的一端，具有寬波導(dǎo)的一端與斜入射光柵耦合器的一端耦合，實(shí)現(xiàn)近似絕熱無損的模式轉(zhuǎn)換；一單模脊型波導(dǎo)，與斜入射光柵耦合器分別位于模式轉(zhuǎn)換器的兩端，用于引導(dǎo)斜入射光柵耦合器耦合進(jìn)入且經(jīng)模式轉(zhuǎn)換后的光能量單模傳輸；一襯底金反射鏡，嵌入于SOI襯底底部的硅襯底中，斜入射光柵耦合器和埋氧層的下方。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的電可調(diào)諧光柵耦合器，其中P+摻雜區(qū)和N+摻雜區(qū)同斜入射光柵耦合器的無摻雜區(qū)域構(gòu)成橫向p-i-n電學(xué)結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的電可調(diào)諧光柵耦合器，其中通過內(nèi)嵌的p-i-n結(jié)構(gòu)的載流子注入和抽取，改變斜入射光柵耦合器耦合區(qū)域的折射率分布和吸收系數(shù)分布，從而使得斜入射光柵耦合器耦合譜的中心波長發(fā)生移動(dòng)以及耦合效率的變化。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的電可調(diào)諧光柵耦合器，其中嵌入于SOI襯底底部的硅襯底中的襯底金反射鏡，是通過后工藝在斜入射光柵耦合器的下方硅襯底刻出金屬填充窗口直至埋氧層，用來將斜入射光柵耦合器耦合輸入時(shí)向下透射的能量或者耦合輸出時(shí)向下散射的能量反射回斜入射光柵耦合器，從而進(jìn)一步耦合到寬波導(dǎo)或者單模光纖中。
全文摘要
一種電可調(diào)諧光柵耦合器，包括一SOI襯底，包括硅襯底、埋氧層以及上方的頂層硅層；一斜入射光柵耦合器，位于SOI襯底之上的頂層硅層上；一P+摻雜區(qū)，位于斜入射光柵耦合器的一側(cè)平板區(qū)域內(nèi)；一N+摻雜區(qū)，位于斜入射光柵耦合器的另一側(cè)平板區(qū)域內(nèi)；一對電極，位于P+摻雜區(qū)和N+摻雜區(qū)的上方，通過金屬接觸通孔分別與P+摻雜區(qū)和N+摻雜區(qū)相連，用于電信號(hào)的加載；一模式轉(zhuǎn)換器，一端為寬波導(dǎo)，該模式轉(zhuǎn)換器位于斜入射光柵耦合器的一端，具有寬波導(dǎo)的一端與斜入射光柵耦合器的一端耦合；一單模脊型波導(dǎo)，與斜入射光柵耦合器分別位于模式轉(zhuǎn)換器的兩端；一襯底金反射鏡，嵌入于SOI襯底底部的硅襯底中，斜入射光柵耦合器和埋氧層的下方。
文檔編號(hào)G02B6/34GK102565955SQ20121001201
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者張贊, 張贊允, 陳弘達(dá), 黃北舉 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所