專利名稱：一種電光調(diào)制系統(tǒng)和由其構(gòu)成的電光開關(guān)或光衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光電集成器件，尤其是一種電光調(diào)制系統(tǒng)和由其構(gòu)成的電光開關(guān)或光衰減器。
背景技術(shù)：
在基于電荷注入的PIN 二極管中，對(duì)自由載流子濃度在PIN 二極管本征區(qū)的濃度進(jìn)行調(diào)制，會(huì)引起半導(dǎo)體材料折射率及吸收系數(shù)(折射率虛部)的變化。目前已經(jīng)有許多基于上述結(jié)構(gòu)的硅基電光調(diào)制器和電光開關(guān)的文獻(xiàn)和專利。這一技術(shù)的最大問題就是電荷注入效率太低。特別是當(dāng)PIN 二極管由正向電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，P型摻雜區(qū)的多子空穴和N型摻雜區(qū)的多子電子對(duì)本征區(qū)的注入受到P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)摻雜濃度的限制，這成為載流子注入的限制條件。如果想要向本征區(qū)注入更多的載流子，必須提高P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)的摻雜濃度，而這會(huì)增加光損耗。而另一方面，基于這一技術(shù)的器件的功耗基本上與注入波導(dǎo)芯層(大致上即PIN二極管的本征區(qū))的載流子(或者說電荷)總數(shù)成正比。同時(shí)，波導(dǎo)芯層的尺寸(約幾微米)需要滿足器件與光纖有良好的耦合效率的要求，并波導(dǎo)具有較小的偏振相關(guān)性。SOI波導(dǎo)的高折射率對(duì)比特性使得芯區(qū)尺寸大的單模波導(dǎo)橫向限制較弱。當(dāng)用脊波導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，波導(dǎo)脊不能太高。而這會(huì)引起兩個(gè)問題I)由于波導(dǎo)橫向限制很弱，為了減小光耗損，PIN結(jié)構(gòu)的P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)必須足夠遠(yuǎn)離芯區(qū)，這會(huì)增加本征區(qū)的長度。同時(shí)，為了維持一定的載流子濃度，所需要的總電荷就會(huì)增加，從而增加功耗。2)脊高比較低，平板區(qū)就相對(duì)較厚，意味著載流子能夠更容易地通過平板區(qū)與P型摻雜區(qū)的空穴復(fù)合，載流子在本征區(qū)的壽命較短，所以維持本征區(qū)一定載流子濃度所需要的電流較大，增加了功耗。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電光調(diào)制系統(tǒng)和由其構(gòu)成的電光開關(guān)或光衰減器，解決現(xiàn)有技術(shù)中載流子注入效率不高的問題，降低器件總功耗，且具有聞消光比。本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)—種電光調(diào)制系統(tǒng),包括電光PIN 二極管波導(dǎo)和一對(duì)模式變換器,所述電光PIN 二極管波導(dǎo)由在脊波導(dǎo)實(shí)施摻雜工藝構(gòu)成，所述脊波導(dǎo)包括波導(dǎo)脊和平板區(qū)，其平板區(qū)的兩側(cè)分別為P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)，所述P型摻雜區(qū)為受主離子摻雜，所述N型摻雜區(qū)為施主離子摻雜，所述一對(duì)模式變換器包括輸入模式變換器和輸出模式變換器，其中，所述脊波導(dǎo)由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，其波導(dǎo)芯區(qū)為本征區(qū)；所述平板區(qū)的高度可以小于所述波導(dǎo)脊高度的一半，使所述脊波導(dǎo)擁有強(qiáng)折射率對(duì)比，可以為多模波導(dǎo)，在一些實(shí)施例中，所述電光PIN 二極管波導(dǎo)的脊波導(dǎo)的平板區(qū)的高度盡量小，可以小至保證所述平板區(qū)不被刻穿的工藝允許值；所述P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)緊靠所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)芯區(qū)，為高濃度摻雜，但僅限制于所述平板區(qū)而不進(jìn)入所述波導(dǎo)芯區(qū)，當(dāng)所述PIN 二極管由正向電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，所述兩個(gè)摻雜區(qū)作為載流子的注入源；所述波導(dǎo)脊的寬度與所述脊波導(dǎo)的總高度相近，波導(dǎo)傳導(dǎo)的主模的絕大部分能量分布完全限制在其波導(dǎo)芯區(qū)；所述模式變換器的輸入模式變換器連接所述電光PIN 二極管波導(dǎo)的輸入端，將輸入單模波導(dǎo)的基模全部轉(zhuǎn)換為所述電光PIN 二極管波導(dǎo)的基模；所述模式變換器的輸出模式變換器連接所述電光PIN 二極管波導(dǎo)的輸出端，將所述電光PIN 二極管波導(dǎo)的基模全部轉(zhuǎn)換為輸出單模波導(dǎo)的基模。所述電管PIN 二極管波導(dǎo)上方有外加電極，所述P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)各包括一個(gè)位于所述外加電極下方摻雜濃度高的重?fù)诫s區(qū)?！N由上述電光調(diào)制系統(tǒng)構(gòu)成的電光開關(guān)或光衰減器，從輸入到輸出依次包括一個(gè)作為輸入光分路器的輸入Y分支稱合器,一對(duì)所述電光調(diào)制系統(tǒng)和一個(gè)作為輸出光合束器的輸出Y分支稱合器；所述一對(duì)電光調(diào)制系統(tǒng)包括第一電光調(diào)制系統(tǒng)和第二電光調(diào)制系統(tǒng)；所述輸入Y分支I禹合器由單模波導(dǎo)構(gòu)成,包括輸入單支波導(dǎo),第一輸出分支波導(dǎo)和第二輸出分支波導(dǎo)，所述第一輸出分支波導(dǎo)連接所述第一電光調(diào)制系統(tǒng)的輸入模式變換器，所述第二輸出分支波導(dǎo)連接所述第二電光調(diào)制系統(tǒng)的輸入模式變換器；所述輸出Y分支耦合器由單模波導(dǎo)構(gòu)成，包括第一輸入分支波導(dǎo)，第二輸入分支波導(dǎo)和輸出單支波導(dǎo)，所述第一輸入分支波導(dǎo)連接所述第一電光調(diào)制系統(tǒng)的輸出模式變換器，所述第二輸入分支波導(dǎo)連接所述第二電光調(diào)制系統(tǒng)的輸出模式變換器；所述一對(duì)電光調(diào)制系統(tǒng)中的輸入模式變換器將所述輸入Y分支耦合器的基模全部轉(zhuǎn)換為所述一對(duì)電光調(diào)制系統(tǒng)中的電光PIN 二極管波導(dǎo)的基模，所述一對(duì)電光調(diào)制系統(tǒng)中的輸出模式變換器將所述電光PIN 二極管波導(dǎo)的基模轉(zhuǎn)化成所述輸出Y分支I禹合器的基模；所述一對(duì)電光調(diào)制系統(tǒng)中的電光PIN 二極管波導(dǎo)可以分別由一對(duì)外加電極驅(qū)動(dòng)。上述電光開關(guān)或光衰減器，其中，構(gòu)成所述輸入、輸出Y分支耦合器的單模波導(dǎo)包含一段對(duì)高次弱導(dǎo)模有高損耗的彎曲波導(dǎo)部分。所述第一電光調(diào)制系統(tǒng)中的電光PIN 二極管波導(dǎo)有載流子注入，所述第二電光調(diào)制系統(tǒng)沒有或者有較少載流子注入；所述輸入Y分支率禹合器的第一輸出分支波導(dǎo)輸出的光功率高于其第二輸出分支波導(dǎo)輸出的光功率，且該光功率差異等于所述第一電光調(diào)制系統(tǒng)中的電光PIN 二極管波導(dǎo)產(chǎn)生的額外光損耗。所述輸入Y分支耦合器的第一輸出分支波導(dǎo)的起點(diǎn)在光傳播方向上位于其第二輸出分支波導(dǎo)的起點(diǎn)前方。所述輸入Y分支耦合器的第一輸出分支波導(dǎo)與其輸入單支波導(dǎo)之間的垂直于光傳播方向上的間隔，小于其第二輸出分支波導(dǎo)與其輸入單支波導(dǎo)之間的垂直于光傳播方向上的間隔。本實(shí)用新型技術(shù)方案具有以下有益效果1、提高載流子注入效率、降低功耗本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中的波導(dǎo)脊區(qū)高度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)脊區(qū)高度，注入的載流子會(huì)在整個(gè)脊區(qū)積聚，并只能通過厚度較薄的平板區(qū)離開脊區(qū)。由于少子在硅材料中壽命很長，所以當(dāng)N型摻雜區(qū)注入的電子進(jìn)入脊區(qū)后，通過平板區(qū)提供的狹窄通道進(jìn)入P型摻雜區(qū)、并與P型摻雜區(qū)的多子空穴復(fù)合的比例很小，增加了載流子在本征區(qū)的壽命。此外，由于本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的平板區(qū)厚度較小，所以維持本征區(qū)一定載流子濃度所需要的電流較小。同時(shí)，平板區(qū)厚度較小，且波導(dǎo)的脊高比較高，增加了橫向限制，脊波導(dǎo)的主模主要被限制在波導(dǎo)脊區(qū)，在波導(dǎo)平板區(qū)的橫向擴(kuò)展很小，因此不會(huì)由于P、N型摻雜區(qū)的高摻雜濃度而引起很大的光吸引損耗。摻雜區(qū)與脊區(qū)的間距也可以縮小。因此，這一結(jié)構(gòu)能夠有效地提高本征區(qū)的載流子注入效率、降低器件的總體功耗。2、高消光比在本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中，通過調(diào)整輸入Y分支耦合器的輸入單支波導(dǎo)和兩支輸出分支波導(dǎo)的相對(duì)位置來實(shí)現(xiàn)不均勻分光，使得輸入Y分支耦合器與有源波導(dǎo)區(qū)加電的一支電光PIN 二極管波導(dǎo)相連的那一支輸入分支波導(dǎo)中光功率略高于另外一支,用于補(bǔ)償這支電光PIN 二極管波導(dǎo)由于載流子注入引起的額外光損耗。這樣可以使得兩支電光PIN 二極管波導(dǎo)中的光束進(jìn)入輸出Y分支耦合器的兩支輸出分支波導(dǎo)時(shí)的光功率相同。當(dāng)有源波導(dǎo)區(qū)兩支電光PIN 二極管波導(dǎo)中的光信號(hào)之間有180度相位差時(shí),兩束輸出光正好相互抵消，輸出Y分支耦合器的輸出端光功率為零。

圖1是由本實(shí)用新型公開的電光調(diào)制系統(tǒng)構(gòu)成的電光開關(guān)或光衰減器的示意圖。圖2(a)是圖1中A-A截面示意圖，同時(shí)也是本實(shí)用新型公開的電光調(diào)制系統(tǒng)的電光PIN 二極管波導(dǎo)的截面示意圖。圖2(b)是圖1中B-B截面示意圖，同時(shí)也是本實(shí)用新型公開的電光調(diào)制系統(tǒng)的輸入模式變換器的截面示意圖。圖3是本實(shí)用新型公開電光開關(guān)或光衰減器的輸入Y分支耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)地說明本實(shí)用新型提供了 一種包括高注入效率的電光PIN 二極管波導(dǎo)和一對(duì)模式變換器的電光調(diào)制系統(tǒng)，和由這種電光調(diào)制系統(tǒng)構(gòu)成的、單模工作的電光開關(guān)或光衰減器。圖1給出了由本實(shí)用新型公開的電光調(diào)制系統(tǒng)構(gòu)成的電光開關(guān)或光衰減器的示意圖。所述電光開關(guān)或光衰減器是一種半導(dǎo)體材料的波導(dǎo)器件。波導(dǎo)的主要導(dǎo)光層是半導(dǎo)體材料，例如娃。如圖1所不，所述電光開關(guān)或光衰減由輸入到輸出依次包括一個(gè)輸入Y分支率禹合器，一對(duì)電光調(diào)制系統(tǒng)和一個(gè)輸出Y分支稱合器，即輸入Y分支稱合器9, 一對(duì)輸入模式變換器7，一段有源波導(dǎo)區(qū)6，一對(duì)輸出模式變換器8，輸出Y分支耦合器10。輸入Y分支耦合器9和輸出Y分支耦合器10由單模波導(dǎo)構(gòu)成，且兩者的分支波導(dǎo)均包含一段對(duì)高次弱導(dǎo)模有高損耗的彎曲波導(dǎo)部分。有源波導(dǎo)區(qū)6由兩支并行電光PIN 二極管波導(dǎo)構(gòu)成，這兩支并行電光PIN 二極管波導(dǎo)可以視為有源波導(dǎo)區(qū)6的兩條臂。兩個(gè)輸入模式變換器7分別連接有源波導(dǎo)區(qū)6的兩條臂的一端，有源波導(dǎo)區(qū)6的兩條臂的另一端分別連接一個(gè)輸出模式變換器8。這里，有源波導(dǎo)區(qū)6的上臂與分別連接其輸入端和輸出端的一對(duì)模式變換器構(gòu)成了第一電光調(diào)制系統(tǒng)，有源波導(dǎo)區(qū)6的下臂與分別連接其輸入端和輸出端的一對(duì)模式變換器構(gòu)成了第二電光調(diào)制系統(tǒng)。輸入Y分支I禹合器9,包括輸入單支波導(dǎo),第一輸出分支波導(dǎo)和第二輸出分支波導(dǎo)。輸入Y分支稱合器9的第一輸出分支波導(dǎo)連接第一電光調(diào)制系統(tǒng)中(包括有源波導(dǎo)區(qū)6的上臂的電光調(diào)制系統(tǒng))的輸入模式變換器的一端，其第二輸出分支波導(dǎo)接第二電光調(diào)制系統(tǒng)中(包括有源波導(dǎo)區(qū)6的下臂的電光調(diào)制系統(tǒng))的輸入模式變換器。輸出Y分支率禹合器10包括第一輸入分支波導(dǎo),第二輸入分支波導(dǎo)和輸出單支波導(dǎo)。輸出Y分支I禹合器10的第一輸入分支波導(dǎo)連接第一電光調(diào)制系統(tǒng)中(包括有源波導(dǎo)區(qū)6的上臂的電光調(diào)制系統(tǒng))的輸出模式變換器，其第二輸入分支波導(dǎo)接第二電光調(diào)制系統(tǒng)中(包括有源波導(dǎo)區(qū)6的下臂的電光調(diào)制系統(tǒng))的輸出模式變換器。輸入Y分支稱合器9是把入射光一分為二的輸入光分路器,一對(duì)輸入模式變換器7將輸入Y分支耦合器9的單模波導(dǎo)的基模全部轉(zhuǎn)換成用于有源波導(dǎo)區(qū)6的兩支電光PIN二極管波導(dǎo)的基模，一對(duì)輸出模式變換器8再把有源波導(dǎo)區(qū)6的兩支電光PIN 二極管波導(dǎo)的基模全部轉(zhuǎn)換為輸出Y分支耦合器10的單模波導(dǎo)的基模，輸出Y分支耦合器10作為輸出光合束器把兩支輸出光重新合并成一支。如圖1所不，輸入Y分支I禹合器9和輸出Y分支耦合器10的分支波導(dǎo)還連接有一段對(duì)高次弱導(dǎo)模有高損耗的彎曲波導(dǎo)部分。圖2(a)是圖1中A-A截面示意圖，同時(shí)也是本實(shí)用新型公開電光調(diào)制系統(tǒng)的電光PIN 二極管波導(dǎo)的截面示意圖。如圖2(a)所示，本實(shí)用新型公開的電光PIN 二極管波導(dǎo)是一個(gè)基于脊波導(dǎo)的PIN 二極管，該脊波導(dǎo)包括波導(dǎo)脊和平板區(qū)，其平板區(qū)的兩側(cè)分別為P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)，所述P型摻雜區(qū)為受主離子摻雜。此處脊波導(dǎo)和前述參考文獻(xiàn)中的脊波導(dǎo)的最大區(qū)別在于，相對(duì)于同樣波導(dǎo)總高度、脊寬的單模SOI波導(dǎo)，它的脊高度更高。在這種結(jié)構(gòu)的脊波導(dǎo)中，平板區(qū)的高度hi應(yīng)盡量小，小至保證平板區(qū)不被刻穿的工藝允許值。因此，平板區(qū)的高度hi遠(yuǎn)小于脊波導(dǎo)的總高度(hl+h2)，在一些實(shí)施例中，hi小于等于h2/2。電光PIN 二極管波導(dǎo)的波導(dǎo)芯區(qū)為本征區(qū)，即波導(dǎo)脊I及其下方的硅材料區(qū)(脊波導(dǎo)內(nèi)未摻雜的部分)。P型摻雜區(qū)2由平板區(qū)的左側(cè)經(jīng)摻雜P型半導(dǎo)體構(gòu)成，N型摻雜區(qū)4由平板區(qū)的右側(cè)經(jīng)摻雜N型半導(dǎo)體構(gòu)成，反之亦然。根據(jù)器件工作性能的要求，在P、N型摻雜區(qū)2、4邊界和脊區(qū)的邊緣之間有一個(gè)間隔al。同時(shí)，為了減小偏振相關(guān)性，波導(dǎo)脊I的脊寬w3應(yīng)該與脊波導(dǎo)總高度(hl+h2)相近。P型摻雜區(qū)2上方有一個(gè)外加電極3，N型摻雜區(qū)4上方有一個(gè)外加電極5，可以通過對(duì)外加電極3和5下方的區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s來確保歐姆接觸。在本實(shí)用新型公開的電光調(diào)制系統(tǒng)中，由于電光PIN 二極管波導(dǎo)的平板區(qū)的高度hi (即P、N型摻雜區(qū)的高度)遠(yuǎn)小于脊波導(dǎo)的總高度hl+h2，即電流注入時(shí)存儲(chǔ)自由載流子(電子和空穴)的本征區(qū)的高度；所以維持本征區(qū)一定的載流子濃度所需要的電流遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)中的電光PIN 二極管的相應(yīng)工作電流。同時(shí)，由于脊高h(yuǎn)2比較高，脊波導(dǎo)的主模的絕大部分能量分布完全限制在波導(dǎo)芯區(qū)，即波導(dǎo)脊I中，所以P型摻雜區(qū)2和N型摻雜區(qū)4的高摻雜濃度，不會(huì)引起很大的波導(dǎo)光吸收損耗，同時(shí)間隔al可以很小(直至由此引起的光損耗不可忽略)。由于P型摻雜區(qū)2和N型摻雜區(qū)4的摻雜濃度是本征區(qū)可以維持的最高載流子濃度，P型摻雜區(qū)2和N型摻雜區(qū)4的摻雜可以看成是載流子注入源。當(dāng)本征區(qū)的載流子濃度與摻雜濃度(即P型摻雜區(qū)2和N型摻雜區(qū)4多數(shù)載流子的濃度)相同時(shí)，PIN 二極管會(huì)進(jìn)入電極注入模式，此時(shí)載流子(電子)需要填充位于外加電極3、5之間的整個(gè)硅材料區(qū)域，從而使得器件的總功耗急劇上升。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中的波導(dǎo)脊區(qū)高度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)脊區(qū)高度，能夠有效地提高其電荷存儲(chǔ)量，提高載流子注入效率。這是因?yàn)?，注入載流子會(huì)在整個(gè)脊區(qū)積聚，但只能通過P、N型摻雜區(qū)所在的平板區(qū)提供的狹窄的通道離開脊區(qū)。尤其是當(dāng)N型摻雜區(qū)注入的電子進(jìn)入脊區(qū)后，唯一可能離開脊區(qū)的方式是通過前述平板區(qū)提供的狹窄通道進(jìn)入P型摻雜區(qū)、并與P型摻雜區(qū)的多子空穴復(fù)合。同時(shí)，由于少子的壽命在硅材料中很長(通常為微秒級(jí))，本征區(qū)的載流子復(fù)合占載流子總數(shù)的比例很小。本實(shí)用新型公開的電光PIN 二極管波導(dǎo)是多模波導(dǎo)，在實(shí)際應(yīng)用中，一般在其之前采用一個(gè)模式變換器，將波導(dǎo)傳導(dǎo)的單模基模轉(zhuǎn)化為多?；?，確保高次模不被激發(fā)，同時(shí)在其之后再采用一個(gè)模式變換器，將波導(dǎo)傳導(dǎo)的多?；＾D(zhuǎn)換為單模基模。圖2 (b)的B-B截面給出了輸入模式變換器7的結(jié)構(gòu)。如圖2 (b)所示，模式變換器7、8是在波導(dǎo)脊11上再生成波導(dǎo)脊12的結(jié)構(gòu)。波導(dǎo)脊11與圖2(a)中的波導(dǎo)脊I是同一波導(dǎo)脊。從輸入端到輸出端，波導(dǎo)脊12的寬度逐漸變窄。當(dāng)波導(dǎo)脊12的寬度《2變到足夠窄，大部分光能量會(huì)被限制在波導(dǎo)脊12下面的波導(dǎo)中，即波導(dǎo)傳導(dǎo)模式轉(zhuǎn)化成電光PIN二極管波導(dǎo)的多模波導(dǎo)的基模。相反，在輸出模式變換器8結(jié)構(gòu)中，從輸入端到輸出端,波導(dǎo)脊12的寬度變化趨勢相反，當(dāng)波導(dǎo)脊12的寬度Wl變到足夠?qū)?，大部分光能量?huì)進(jìn)入波導(dǎo)脊12中，波導(dǎo)傳導(dǎo)模式逐漸轉(zhuǎn)化成輸出Y分支耦合器10的單模波導(dǎo)的基模。圖1和圖2所示的結(jié)構(gòu)通常適用于高折射率對(duì)比的材料體系中，例如SOI波導(dǎo)。在圖2(b)的截面B-B中，14是波導(dǎo)的包覆層材料，在SOI波導(dǎo)結(jié)構(gòu)里通常是氧化硅；15是芯區(qū)材料，在SOI波導(dǎo)結(jié)構(gòu)里通常是硅；13是脊兩側(cè)的平板波導(dǎo)區(qū)；16是作為下包覆層的埋層氧化硅。為了產(chǎn)生高消光比(器件在截止工作狀態(tài)下輸出光功率接近零)，假設(shè)輸出Y分支耦合器10 (輸出光合束器)是均勻合束的，那么經(jīng)過有源波導(dǎo)區(qū)6的兩條臂輸出的兩束光在進(jìn)入輸出Y分支耦合器10(輸出光合束器)之前的光功率必須相同。但是，當(dāng)注入載流子在電光PIN 二極管波導(dǎo)構(gòu)成的有源波導(dǎo)區(qū)6產(chǎn)生相位變化時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生額外的光吸收損耗。為了使光輸出在輸出Y分支I禹合器10 (輸出光合束器)處相互抵消而衰減,有源波導(dǎo)區(qū)6的兩臂產(chǎn)生的相位變化必須是不同的，但這會(huì)使兩臂的額外光吸收損耗不同。本實(shí)用新型提供了輸入Y分支耦合器的另一個(gè)實(shí)施例，以解決這一問題。圖3是輸AY分支耦合器的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，請(qǐng)注意，這里輸入Y分支耦合器的彎曲波導(dǎo)部分并沒有表示出來。如圖3所示，輸入Y分支耦合器9包括輸入單支波導(dǎo)90和兩支輸出分支波導(dǎo)91、92。輸出分支波導(dǎo)92相對(duì)輸出分支波導(dǎo)91稍微向后放置來實(shí)現(xiàn)非均勻的分光。由于輸出分支波導(dǎo)92開始耦合的時(shí)間晚于輸出分支波導(dǎo)91，輸出分支波導(dǎo)91中的光功率會(huì)略高于輸出分支波導(dǎo)92中的光功率。輸入Y分支I禹合器9的輸出分支波導(dǎo)91通過輸入模式變換器與有源波導(dǎo)區(qū)6的一支電光PIN 二極管波導(dǎo)(上臂)相連，輸入分支波導(dǎo)92通過輸入模式變換器與有源波導(dǎo)區(qū)6的另一支電光PIN 二極管波導(dǎo)(下臂)相連。相應(yīng)地，有源波導(dǎo)區(qū)6的上臂用電信號(hào)驅(qū)動(dòng)把大量載流子注入到該電光PIN 二級(jí)管波導(dǎo)的本征區(qū)，而有源波導(dǎo)區(qū)6的另外一條臂(下臂)則無載流子或較少載流子注入。有源波導(dǎo)區(qū)6的上臂產(chǎn)生的額外光損耗,線性相關(guān)于由于載流子注入產(chǎn)生的相位變化,例如180度相位變化。通過調(diào)整輸出分支波導(dǎo)91，92的前后位置，使得一開始進(jìn)入有源波導(dǎo)區(qū)6的上、下臂的光功率差異值等于前述有源波導(dǎo)區(qū)6的上臂的額外光損耗，這樣在有源波導(dǎo)區(qū)6結(jié)束端兩條臂中的光束在進(jìn)入輸出Y分支耦合器之前的光功率就可以相同。在其他實(shí)施例中，還可以調(diào)整輸入單支波導(dǎo)90和兩支輸出分支波導(dǎo)91、92之間的相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)上述目的，例如，輸出分支波導(dǎo)91與輸入單支波導(dǎo)90之間的垂直于光傳播方向上的間隔，小于輸出分支波導(dǎo)92與輸入單支波導(dǎo)90之間的垂直于光傳播方向上的間隔，或者將輸出分支波導(dǎo)91做得大于輸出分支波導(dǎo)92，從而使得一開始進(jìn)入源波導(dǎo)區(qū)6的上、下臂的光功率存在差異，且該差異值等于有源波導(dǎo)區(qū)6的上臂由于外加電信號(hào)引起的額外光損耗。另外，即使下臂不加電驅(qū)動(dòng)，也可以通過摻雜和加電極使它與上臂在無源情況下完全相同。也可以通過去掉下臂的摻雜和電極以降低器件的總無源光損耗。以上實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對(duì)本實(shí)用新型做出種種變化例。因而，實(shí)施方式中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限定，本實(shí)用新型將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種電光調(diào)制系統(tǒng),包括電光PIN二極管波導(dǎo)和一對(duì)模式變換器,所述電光PIN二極管波導(dǎo)由在脊波導(dǎo)實(shí)施摻雜工藝構(gòu)成，所述脊波導(dǎo)包括波導(dǎo)脊和平板區(qū)，其平板區(qū)的兩側(cè)分別為P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)，所述P型摻雜區(qū)為受主離子摻雜，所述N型摻雜區(qū)為施主離子摻雜，所述一對(duì)模式變換器包括輸入模式變換器和輸出模式變換器，其特征在于， 所述脊波導(dǎo)由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，其波導(dǎo)芯區(qū)為本征區(qū)； 所述平板區(qū)的高度可以小于所述波導(dǎo)脊高度的一半，使所述脊波導(dǎo)擁有強(qiáng)折射率對(duì)t匕，可以為多模波導(dǎo)； 所述P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)緊靠所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)芯區(qū)，為高濃度摻雜，但僅限制于所述平板區(qū)而不進(jìn)入所述波導(dǎo)芯區(qū)，當(dāng)所述PIN 二極管由正向電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，所述兩個(gè)摻雜區(qū)作為載流子的注入源； 所述波導(dǎo)脊的寬度與所述脊波導(dǎo)的總高度相近，波導(dǎo)傳導(dǎo)的主模的絕大部分能量分布完全限制在其波導(dǎo)芯區(qū)； 所述模式變換器的輸入模式變換器連接所述電光PIN 二極管波導(dǎo)的輸入端，將輸入單模波導(dǎo)的基模全部轉(zhuǎn)換為所述電光PIN 二極管波導(dǎo)的基模；所述模式變換器的輸出模式變換器連接所述電光PIN 二極管波導(dǎo)的輸出端，將所述電光PIN 二極管波導(dǎo)的基模全部轉(zhuǎn)換為輸出單模波導(dǎo)的基模。
2.如權(quán)利要求1所述的電光調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于，所述電光PIN二極管波導(dǎo)的脊波導(dǎo)的平板區(qū)的高度盡量小，可以小至保證所述平板區(qū)不被刻穿的工藝允許值。
3.如權(quán)利要求1所述的電光調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于， 所述電光PIN 二極管波導(dǎo)上方有外加電極，所述P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)各包括一個(gè)位于所述外加電極下方摻雜濃度高的重?fù)诫s區(qū)。
4.一種由權(quán)利要求1或2或3所述的電光調(diào)制系統(tǒng)構(gòu)成的電光開關(guān)或光衰減器，其特征在于， 所述電光開關(guān)或光衰減器從輸入到輸出依次包括一個(gè)作為輸入光分路器的輸入Y分支率禹合器，一對(duì)所述電光調(diào)制系統(tǒng)和一個(gè)作為輸出光合束器的輸出Y分支I禹合器； 所述一對(duì)電光調(diào)制系統(tǒng)包括第一電光調(diào)制系統(tǒng)和第二電光調(diào)制系統(tǒng)； 所述輸入Y分支I禹合器由單模波導(dǎo)構(gòu)成，包括輸入單支波導(dǎo)，第一輸出分支波導(dǎo)和第二輸出分支波導(dǎo)，所述第一輸出分支波導(dǎo)連接所述第一電光調(diào)制系統(tǒng)的輸入模式變換器，所述第二輸出分支波導(dǎo)連接所述第二電光調(diào)制系統(tǒng)的輸入模式變換器； 所述輸出Y分支I禹合器由單模波導(dǎo)構(gòu)成，包括第一輸入分支波導(dǎo)，第二輸入分支波導(dǎo)和輸出單支波導(dǎo)，所述第一輸入分支波導(dǎo)連接所述第一電光調(diào)制系統(tǒng)的輸出模式變換器，所述第二輸入分支波導(dǎo)連接所述第二電光調(diào)制系統(tǒng)的輸出模式變換器； 所述一對(duì)電光調(diào)制系統(tǒng)中的輸入模式變換器將所述輸入Y分支耦合器的基模全部轉(zhuǎn)換為所述一對(duì)電光調(diào)制系統(tǒng)中的電光PIN 二極管波導(dǎo)的基模，所述一對(duì)電光調(diào)制系統(tǒng)中的輸出模式變換器將所述電光PIN 二極管波導(dǎo)的基模轉(zhuǎn)化成所述輸出Y分支耦合器的基模；所述一對(duì)電光調(diào)制系統(tǒng)中的電光PIN 二極管波導(dǎo)可以分別由一對(duì)外加電極驅(qū)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電光開關(guān)或光衰減器，其特征在于構(gòu)成所述輸入、輸出Y分支耦合器的單模波導(dǎo)包含一段對(duì)高次弱導(dǎo)模有高損耗的彎曲波導(dǎo)部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電光開關(guān)或光衰減器，其特征在于所述第一電光調(diào)制系統(tǒng)中的電光PIN 二極管波導(dǎo)有載流子注入，所述第二電光調(diào)制系統(tǒng)沒有或者有較少載流子注入； 所述輸入Y分支I禹合器的第一輸出分支波導(dǎo)輸出的光功率高于其第二輸出分支波導(dǎo)輸出的光功率，且該光功率差異等于所述第一電光調(diào)制系統(tǒng)中的電光PIN 二極管波導(dǎo)產(chǎn)生的額外光損耗。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電光開關(guān)或光衰減器，其特征在于所述輸入Y分支耦合器的第一輸出分支波導(dǎo)的起點(diǎn)在光傳播方向上位于其第二輸出分支波導(dǎo)的起點(diǎn)前方。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電光開關(guān)或光衰減器，其特征在于 所述輸入Y分支耦合器的第一輸出分支波導(dǎo)與其輸入單支波導(dǎo)之間的垂直于光傳播方向上的間隔，小于其第二輸出分支波導(dǎo)與其輸入單支波導(dǎo)之間的垂直于光傳播方向上的間隔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電光調(diào)制系統(tǒng)和由其構(gòu)成的電光開關(guān)或光衰減器，所述電光調(diào)制系統(tǒng)包括電光PIN二極管波導(dǎo)和一對(duì)模式變換器，所述電光PIN二極管波導(dǎo)由脊波導(dǎo)構(gòu)成，其平板區(qū)的兩側(cè)分別為高濃度摻雜的P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)。所述脊波導(dǎo)的平板區(qū)高度小于所述脊波導(dǎo)脊高度的一半。所述脊波導(dǎo)的脊寬與所述脊波導(dǎo)的總高度相近，波導(dǎo)傳導(dǎo)的主模的主要能量限制在波導(dǎo)芯區(qū)。所述電光開關(guān)或光衰減器，從輸入到輸出依次包括一個(gè)輸入Y分支耦合器、一對(duì)電光調(diào)制系統(tǒng)和一個(gè)輸出Y分支耦合器。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)能提高載流子注入效率，降低器件總功耗，且具有高消光比。
文檔編號(hào)H01L33/20GK202870424SQ20122045859
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者李冰 申請(qǐng)人:上海硅通半導(dǎo)體技術(shù)有限公司