[发明专利]一种电光开关或光衰减器

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成光电器件，尤其是一种电光开关或光衰减器。

背景技术

采用马赫-泽恩德干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer，简称MZI)结构构成光波导开关是一种常见的技术。通过对MZI结构的其中一条波导臂即第一波导臂进行相位调制，使两条波导臂产生相位差，从而实现电光开关或光衰减的功能。在美国专利7817881中，引入了波导电容器的概念，在这种波导电容器的波导芯区中能够储存自由载流子，用来调制波导材料的折射率。第一波导臂的相位调制是基于自由载流子色散效应。MZI结构的第一波导臂在电信号源的驱动下，有自由载流子注入到光传播的通道，使该通道材料的折射率发生改变，即第一波导臂中的光信号的相位发生改变。

然而，由于电信号源驱动只加载在MZI结构第一波导臂上，第一波导臂中有载流子注入的同时，其温度也会上升，而另一条波导臂即第二波导臂上没有加载电信号源，因此两条波导臂之间存在温度差异。温度引起材料的折射率变化(即热效应)和电信号源驱动下注入载流子所引起材料的折射率变化(即电效应)的趋势是相反的，这给基于电效应的电光开关或光衰减器的工作效率造成不利影响，即两条波导臂之间的温度差异使得两条波导臂之间的折射率差异无法达到预期值，导致了器件效率低下。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电光开关或光衰减器，解决以绝缘体上硅SOI为基片的电光开关或光衰减器中MZI结构的两 条波导臂工作温度差异大的问题，抵消或减小因温度差异(即热效应)对两条波导臂的折射率的影响，使得两条波导臂的折射率变化差异由外加电信号源引起的第一波导臂中载流子浓度变化决定，从而提高器件效率。

本发明通过下述技术方案予以实现：

一种电光开关或光衰减器，包括一个MZI结构，所述MZI结构包括两条并行的波导臂，即第一波导臂和第二波导臂，所述第一波导臂和第二波导臂均包括一个波导电容器结构，其中，所述第一波导臂外接第一电信号源，所述第二波导臂外接第二电信号源；在所述第一电信号源作用下，所述第一波导臂的波导电容器结构内载流子浓度发生变化；在所述第二电信号源作用下，所述第二波导臂的波导电容器结构内载流子浓度不发生变化，或该载流子浓度变化小于所述第一波导臂的波导电容器结构内载流子浓度变化；在所述第一电信号源和第二电信号源作用下，所述第一波导臂和第二波导臂的温度变化相同或相近。

如上所述的电光开关或光衰减器，其中，所述第一波导臂和第二波导臂上的波导电容器结构均为以半导体本征区作为芯区的脊波导结构；所述第一波导臂的脊波导的两侧平板区的掺杂区的掺杂类型相反；所述第二波导臂的脊波导的平板区包括两个或两个以上的掺杂区，分列所述脊波导的波导脊的两侧，所述掺杂区的掺杂类型可以相同或相反。在一些实施例中，所述第一波导臂的脊波导的波导脊两侧的掺杂区的掺杂类型相反，构成PIN二极管结构，所述第二波导臂的脊波导的波导脊两侧的掺杂区的掺杂类型相反，构成PIN二极管结构，所述第二波导臂的掺杂区的掺杂浓度小于所述第一波导臂的掺杂区的掺杂浓度。在另一些实施例中，所述第一波导臂的脊波导的波导脊两侧的掺杂区的掺杂类型相反，构成PIN二极管结构，所述第二波导臂的脊波导的波导脊两侧的掺杂区的掺杂类型相同，构成NIN或者PIP结构。在其他实施例中，所述第二波导臂的脊波导的平板区包括三个掺杂区，其中第一掺杂区位于所述脊波导的波导脊靠近所述第一波导臂的一侧，第二掺杂区和第三掺杂区位于所述脊波导的波导脊远离所述第一波导臂的一侧；所述第二掺杂区相对于第三掺杂区在靠近所述第一波导臂的一侧；所述第一掺杂区和第二掺杂区掺杂与所述第二波导臂的 脊波导的衬底半导体类型相同的掺杂物，所述第三掺杂区掺杂与前述衬底半导体类型相反的掺杂物。

如上所述的电光开关或光衰减器，其中，所述第一波导臂与第二波导臂上方覆盖有一层氧化物层，所述氧化层通过刻蚀形成电极接触孔，所述电极接触孔内填充有作为电极的金属材料；所述氧化物层和所述金属材料上方沉积半导体材料；通过对所述半导体材料进行掺杂，使所述半导体材料内部在正负电极之间形成反向偏置的PN结，从而所述氧化层上的半导体材料成为良好的导热层但不会在电极间引入电流。在一些实施例中，所述半导体材料为多晶硅。