光學半導體器件的制作方法
【專利說明】光學半導體器件
[0001]本申請是申請?zhí)枮?01210272727.6、發(fā)明名稱為“光學半導體器件”、申請日為2012年08月02日的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本文所討論的實施例涉及光學半導體器件。
【背景技術】
[0003]對于小型化、大容量和低功耗的光發(fā)射器和光接收器而言，在娃上實現光學器件至關重要。硅上光學器件可使用大的折射率差值的光波導，與其它材料上的光學器件相比，更有利于小型化，這便于與其它電子電路進行集成，從而許多個光發(fā)射器和光接收器可集成在一個芯片上。在光學器件中，尤其是調制器的特性會對光發(fā)射器和光接收器的功耗和尺寸產生影響。尤其是，自身為小尺寸并具有小的調制器電壓和小的光插入損耗的環(huán)形調制器有利于小型化和低功耗。
[0004]相關的實例如下:美國專利公開N0.2009/0169149A1，以及日本特許專利公開N0.2008-268276。
[0005]然而，環(huán)形調制器具有使調制效率變高的同時縮窄波長帶寬的問題。

【發(fā)明內容】

[0006]因此，實施例的一個方案的目的是提供一種可通過使用環(huán)形諧振器來高效率調制輸入光的光學半導體器件。
[0007]根據實施例的一個方案，提供一種光學半導體器件，包括:第一波導，輸入光被輸入到所述第一波導中；環(huán)形調制器，被設置為與所述第一波導光耦合；第一環(huán)形諧振器，被設置為與所述第一波導光耦合，并具有比所述環(huán)形調制器的光程長度小的光程長度；第二環(huán)形諧振器，被設置為與所述第一波導光耦合，并具有比所述環(huán)形調制器的光程長度大的光程長度；加熱器，被設置為與所述環(huán)形調制器、所述第一環(huán)形諧振器以及所述第二環(huán)形諧振器相鄰；第一光檢測器，被配置為監(jiān)測所述第一環(huán)形諧振器中的光功率；第二光檢測器，被配置為監(jiān)測所述第二環(huán)形諧振器中的光功率；以及控制器，用于基于所述第一光檢測器和所述第二光檢測器所檢測的信號控制所述加熱器，以使所述環(huán)形調制器的諧振波長與所述輸入光的波長一致。
[0008]根據實施例的另一個方案，提供一種光學半導體器件，包括:第一波導，輸入光被輸入到第一波導中；環(huán)形調制器，被設置為與所述第一波導光耦合；第一環(huán)形諧振器，被設置為與所述第一波導光耦合，并具有比所述環(huán)形調制器的光程長度小的光程長度；第二環(huán)形諧振器，被設置為與所述第一波導光耦合，并具有比所述環(huán)形調制器的光程長度大的光程長度；加熱器，被設置為與所述環(huán)形調制器、所述第一環(huán)形諧振器以及所述第二環(huán)形諧振器相鄰；第一光檢測器，被配置為監(jiān)測所述第一環(huán)形諧振器中的光功率；第二光檢測器，被配置為監(jiān)測所述第二環(huán)形諧振器中的光功率；以及控制器，用于基于所述第一光檢測器和所述第二光檢測器所檢測的信號控制所述加熱器，以使所述環(huán)形調制器的諧振波長與所述輸入光的波長一致，所述光學半導體器件還包括:第三環(huán)形諧振器，被設置為鄰近于所述加熱器以與所述第一波導光耦合，并具有比所述第一環(huán)形諧振器的光程長度大且比所述環(huán)形調制器的光程長度小的光程長度；第四環(huán)形諧振器，被設置為鄰近于所述加熱器以與所述第一波導光耦合，并具有比所述環(huán)形調制器的光程長度大且比所述第二環(huán)形諧振器的光程長度小的光程長度；第三光檢測器，被配置為監(jiān)測所述第三環(huán)形諧振器中的光功率；以及第四光檢測器，被配置為監(jiān)測所述第四環(huán)形諧振器中的光功率。
【附圖說明】
[0009]圖1為示出了根據第一實施例的光學半導體器件的示意圖；
[0010]圖2、圖3以及圖4為示出了根據第一實施例的光學半導體的剖視圖；
[0011]圖5、圖6、圖10以及圖11為示出了光學諧振器的調制光輸出功率與輸入光的波長之間的關系的圖表；
[0012]圖7、圖8以及圖20為示出了監(jiān)測電流與輸入光的波長之間的關系的圖表；
[0013]圖9和圖13為示出了根據參考實施例的光學半導體器件的示意圖；
[0014]圖12為示出了監(jiān)測光功率與輸入光的波長之間的關系的圖表；
[0015]圖14為示出了可監(jiān)測的波長寬度與輸入光的波長之間的關系的圖表；
[0016]圖15為示出了根據第二實施例的光學半導體器件的示意圖；
[0017]圖16為示出了根據第三實施例的光學半導體器件的示意圖；
[0018]圖17為示出了根據第四實施例的光學半導體器件的示意圖；
[0019]圖18為示出了根據第五實施例的光學半導體器件的示意圖；
[0020]圖19為示出了根據第六實施例的光學半導體器件的示意圖；
[0021]圖21為示出了根據第七實施例的光學半導體器件的示意圖；
[0022]圖22和圖23為示出了根據第七實施例的光學半導體的剖視圖；
[0023]圖24為示出了根據第八實施例的光學半導體器件的示意圖；
[0024]圖25為示出了根據第八實施例的光學半導體的剖視圖；
[0025]圖26為示出了根據第九實施例的光學半導體器件的示意圖；以及
[0026]圖27為示出了根據第十實施例的光學半導體器件的示意圖。
【具體實施方式】
[0027][第一實施例]
[0028]將參考圖1至圖14描述根據第一實施例的光學半導體器件。
[0029]圖1為示出了根據本實施例的光學半導體器件的示意圖。圖2至圖4為示出了根據本實施例的光學半導體的剖視圖。圖5、圖6、圖10以及圖11為示出了光學諧振器的調制光輸出功率與輸入光的波長之間的關系的圖表。圖7和圖8為示出了監(jiān)測電流與輸入光的波長之間的關系的圖表。圖9和圖13為示出了根據參考實施例的光學半導體器件的示意圖。圖12為示出了監(jiān)測光功率與輸入光的波長之間的關系的圖表。圖14為示出了可監(jiān)測的波長寬度與輸入光的波長之間的關系的圖表。
[0030]首先，將參考圖1至圖4描述根據本實施例的光學半導體器件的結構。圖2為沿圖1中A-A’線的剖視圖。圖3為沿圖1中B-B’線的剖視圖。圖4為沿圖1中C-C’線的剖視圖。
[0031]如圖1所示，根據本實施例的光學半導體器件包括線性波導(linearwaveguide) 10和設置在線性波導10附近以便光耦合至線性波導10的第一光學諧振器12、第二光學諧振器14以及第三光學諧振器16。根據本實施例的光學半導體器件還包括:光檢測器36a、36b，分別包括波導26、30 ;控制器38，基于光檢測器36a、36b所檢測的信號(監(jiān)測電流)控制加熱器22 ;以及驅動器電路40，輸出調制信號。
[0032]在線性波導10的輸入端32側(作為輸入光的CW (連續(xù)波)光將被輸入到該側)，第二光學諧振器14和第三光學諧振器16相互鄰近設置。在線性波導10的輸出端34側，提供第一光學諧振器12。
[0033]第一光學諧振器12包括環(huán)形波導18和設置在環(huán)形波導18附近的加熱器22。施加用于改變環(huán)形波導18的折射率的信號(調制信號)的電極20a、20b連接至環(huán)形波導18。即，第一光學諧振器12用作環(huán)形調制器。
[0034]第二光學諧振器14包括環(huán)形波導24和設置在環(huán)形波導24附近的加熱器22。由環(huán)形波導形成的光學諧振器通常被稱作環(huán)形諧振器。
[0035]第三光學諧振器16包括環(huán)形波導28和設置在環(huán)形波導28附近的加熱器22。
[0036]設置在環(huán)形波導18、24、28附近的加熱器22為單加熱器(single heater)，可同時加熱環(huán)形波導18、24、28?？煞謩e在環(huán)形波導18、24、28附近分散地(discretely)提供加熱器22。
[0037]環(huán)形波導18、24、28的直徑被分別設定為d、d_A d以及d+Δ d。例如，當d = 10 μπι，Ad = Ο.ΟΙδμπι時，環(huán)形波導18的直徑為10 μ m，環(huán)形波導24的直徑為9.985 μ m，環(huán)形波導28的直徑為10.015 μ m。
[0038]將線性波導10與環(huán)形波導18之間的間隔設定為大于線性波導10與環(huán)形波導24、28之間的間隔。例如，線性波導10與環(huán)形波導18之間的間隔被設定為250nm。線性波導10與環(huán)形波導24之間的間隔以及線性波導10與環(huán)形波導28之間的間隔被設定為lOOnm。
[0039]光檢測器36a經由光耦合至環(huán)形波導24的波導26連接至第二光學諧振器14。
[0040]如圖1所示的光波導結構可由例如SOI (Silicon On Insulator,絕緣體上的娃)襯底50的SOI層52形成。
[0041]如圖2至圖4所示例出的，線性波導10、環(huán)形波導18、24、28以及波導26、30可通過圖案化SOI層52形成。二氧化娃(silicon oxide)層54形成在SOI層52周圍，并用作包圍線性波導10、環(huán)形波導18、24、28以及波導26、30的包覆層(clad)。
[0042]在環(huán)形波導18的部分區(qū)域中，分別在外周側和內周側上沿著光的傳輸方向形成η型區(qū)56a和P型區(qū)56b?？上鄬υO置η型區(qū)56a和p型區(qū)56b。
[0043]在二氧化娃層54上方，形成經由互連通路(via-1nterconnect1n) 58a連接至環(huán)形波導18的η型區(qū)56a的電極20a以及經由互連通路58b連接至環(huán)形波導18的p型區(qū)56b的電極20b。電極20a連接至驅動器電路40。電極20b連接至接地線。電極20a、20b例如由鋁形成?；ミB通路58a、58b例如由鎢形成。
[0044]在二氧化硅層54上方，形成加熱器22。例如，鉑薄膜加熱器可用作加熱器22。
[0045]控制器38包括連接至光檢測器36a、36b的電流相減電路60以及連接至電流相減電路 60 的 PID (Proport1nal Integral Differential，比例積分微分)控