[发明专利]混杂MOS光调制器

说明书

背景技术

在光发射机中，光调制器被用来调制具有模拟或数字信号的光学载波(光束)以用于通过光纤传输。一种典型的基于波分复用的光发射机利用各自以不同波长操作的若干激光来产生若干不同的光学载波。每一载波穿过其自身的光调制器，在其中用待传输的信号对其进行调制。然后，经调制的载波通过光复用器进入到用于传输的光纤中。作为一些有吸引力的硅基光调制器设计之一，硅MOS电容器邻接于硅光波导。穿过电容器施加的信号感应电容器中央附近的电荷累积。这种电荷累积改变了光波导的折射率及其传输损耗。折射率的改变导致通过波导传播的光束中的相移，从而对光进行相位调制。当在诸如马赫-曾德尔干涉仪(MZI)、环状谐振器或法布里-珀罗(FP)谐振器之类的光波导组件中利用相移时，光波导组件将光学相移转变为光功率变化，以实现光强度调制。当模拟或恒定光功率降低是为了替代将电信号编码为光信号时，光调制器可被用作光衰减器。

附图说明

附图不是按比例绘制的。其通过举例说明本文公开的内容。

图1是混杂MOS光调制器的实例的俯视图。

图2是图1的光调制器沿线2-2的截面图。

图3是包括法布里-珀罗谐振器的混杂MOS光调制器的实例的俯视图。

图4是马赫-曾德尔干涉仪中的混杂MOS光调制器的实例的俯视图。

图5是混杂MOS环状-谐振器光调制器的实例的透视图。

图6是图5中示出的调制器的俯视图。

图7示出了针对折射率变化Δn_eff(左侧轴)作图和吸收损失变化Δa(右侧轴)作图的载流子浓度(电子为e-，空穴为h+)之间的关系。

图8示出了在所施加功率的影响下混杂MOS光调制器中载流子浓度的实例。

图9A-图9H是制造混杂MOS光调制器的实例的截面图。

图10A-图10C是在混杂MOS光调制器上安装触点的实例的截面图。

图11是环状谐振器混杂MOS调制器的实例的截面图。

具体实施方式

在附图和本说明书中使用了示例性实例和细节描述，但也可以存在其他构造并且容易想到。诸如电压、温度、尺寸和分量值的参数为近似值。关于取向的术语，例如上、下、顶和底仅仅是为了便于说明组件相对于彼此之间的空间关系而使用，除非另外说明，相对于外部轴的取向并不是决定性的。为了清楚起见，没有详细描述一些已知方法和结构。权利要求中所限定的方法可以包括除权利要求中所列步骤之外的步骤，除了权利要求书本身中提到的顺序，该步骤可以不同于给定顺序的其他顺序进行。因此，只有权利要求书构成限定，附图和本说明书不构成限制。

光调制器利用多晶硅MOS电容器来调制光学载波。多晶硅中具有明显的材料损耗。如果掺杂多晶硅来降低其电阻，则会引入额外的自由载流子光损耗。多晶硅的载流子迁移率也低。需要更有效的光调制器。

图1和图2给出了在半导体基板100(在本例中为硅)上形成的混杂MOS光调制器的实例。光调制器包括光波导102、包含第一材料并且在该光波导102上形成的阴极104、以及包含不同于第一材料的第二材料并且在该光波导102中形成的阳极106。阳极邻接于阴极。在阳极和阴极之间限定电容器。

在一些实例中，基板100包含在底层108上生长的氧化物。在基板100上形成硅器件层110。沟槽112将器件层分成两部分114和116。第一部分114包含阳极106。光波导102在阳极106中形成。在本例中，阴极104包含III-V材料层，其被整合于第二部分116。阴极104可以通过沉积、晶片键合、整体式生长、或其他制造技术来形成。在阴极104和阳极106之间限定MOS电容器。

在阴极104和阳极106之间形成薄介电质118。该介电质118可以是阴极或阳极或二者的本征氧化物，或者外部介电质材料如高-k介电质或聚合物，其能够通过沉积、氧化、晶片键合或其他介电质涂覆方法来形成。

阴极104可以包含负掺杂的硅，阳极106可以包含正掺杂的硅。电极120位于阴极104上，电极122位于阳极106上。当在电极之间施加电压时，在介电质120周围会发生载流子累积、消耗或反转。由于电容器区域与光波导交叠，因此载流子浓度变化导致波导模折射率变化和传播损耗。能够实现光强度调制和衰减。