光调制器制造技术

一种光调制器包括形成在包层(101)上的p型第一半导体层(102)、形成在第一半导体层(102)上的绝缘层(103)以及形成在绝缘层(103)上的n型第二半导体层(104)。第一半导体层(102)由硅或硅锗制成，且第二半导体层(104)由三种或更多种材料制成的III‑V族化合物半导体形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光调制器
本专利技术涉及一种使用由化合物半导体组成的MOS结构的电荷累积型光调制器。
技术介绍
将化合物半导体元件集成在绝缘体上硅(SOI)衬底上用作通信光学器件的技术正引起越来越多的关注。特别地，集成激光器和光调制器的技术对于显著地增加通信器件的集成密度和降低成本而言是重要的。对于需要更高速度和效率的光调制器，光损耗较小的具有包括n型InP层和p型Si层在内的MOS结构的电荷累积型光调制器有潜力实现这些需求(参见非专利文献1)。如图4所示，这种光调制器由形成在掩埋绝缘层401上的p型硅层402、形成在p型硅层402上的绝缘层403和形成在绝缘层403上的n型InP层404形成。p电极405连接到p型硅层402，且n电极406连接到n型InP层404。掩埋绝缘层401用作包层。通过在掩埋绝缘层401上图案化SOI层411来形成p型硅层402。空气槽412形成在p型硅层402的n电极406与SOI层411的形成侧上的侧面部分中。未被n电极406覆盖的n型InP层404的上表面向空间开放。p型硅层402的一部分和n型InP层404的一部分被布置成在平面图中彼此重叠，并形成其中引导待调制的光的光波导部。在该光波导部中，绝缘层403沿堆叠方向被夹持在p型硅层402和n型InP层404之间。待调制的光被限制在包括由掩埋绝缘层401、空气槽412、上部空间等组成的包层区域的光限制部分中，从而形成波导模式421。在该光调制器中，通过对在光波导部中的p型硅层402与绝缘层403之间以及n型InP层404与绝缘层403之间的界面处累积的多数载流子的浓度进行调制，光波导部中的p型硅层402和n型InP层404的折射系数被调制。在该结构中，对调制效率的改善预期比将Si用于n型层的情况大大约两到三倍。相关技术文献非专利文献非专利文献1：D.Liang等，“ATunableHybridIII-V-on-SiMOSMicroringResonatorwithNegligibleTuningPowerConsumption”，光纤通信会议2016，Th1K.4，2016。
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，上述技术具有不易实现进一步改善调制效率的问题。为了改善调制效率，重要的是增加载流子引起的折射率改变(载流子等离子体效应)。另外，为了改善调制效率，重要的是进一步增加所产生的载流子对被引导光的作用(影响)。理论上，可以通过减小化合物半导体的有效质量和增大带填充效应来进一步增加载流子引起的折射率改变。此外，可以通过增大光限制系数来实现载流子对被引导光的更大作用。然而，实际上，在常规技术中使用并形成InP层的InP是化学计量稳定的组分，并且具有独特确定的晶体结构。因此，不能对诸如有效质量和折射率的材料物理性质进行调节。根据上述两个因素，提高调制效率是相当困难的。本专利技术是鉴于上述问题而做出的，其目的在于进一步改善具有MOS结构的电荷累积型光调制器的调制效率。解决问题的方法根据本专利技术，提供了一种光调制器，包括：p型第一半导体层，由形成在包层上的硅和硅锗之一制成；绝缘层，形成在所述第一半导体层上；n型第二半导体层，由形成在所述绝缘层上的至少三种材料制成的III-V族化合物半导体形成；第一电极，与所述第一半导体层相连；以及第二电极，与所述第二半导体层相连，其中，第一半导体层的一部分和第二半导体层的一部分被布置成在平面图中经由所述绝缘层彼此重叠并形成光波导部，在所述光波导部中沿平行于所述包层的平面的方向引导待调制的光，以及所述光波导部满足单模条件。在所述光调制器中，所述第一电极形成在所述第一半导体层的未形成所述光波导部的区域上。在所述光调制器中，所述第二半导体层由堆叠的多个化合物半导体层形成，并且在多个化合物半导体层中，越靠近所述绝缘层的化合物半导体层的带隙能量越小。在所述光调制器中，所述第一半导体层由堆叠的多个半导体层形成，并且在多个半导体层中，越靠近所述绝缘层的半导体层的带隙能量越小。专利技术的效果如上所述，根据本专利技术，由于n型第二半导体层由三种或更多种材料制成的III-V族化合物半导体形成，因此可以获得能够进一步改善具有MOS结构的电荷累积型光调制器的调制效率的优异效果。附图说明图1是示出根据本专利技术的第一实施例的光调制器的布置的剖视图；图2是示出根据本专利技术的第一实施例的光调制器的局部布置的平面图；图3是示出根据本专利技术的第二实施例的光调制器的布置的剖视图；以及图4是示出传统的具有MOS结构的电荷累积型光调制器的布置的剖视图。具体实施方式下面将参考附图描述本专利技术的实施例。[第一实施例]将参考图1和图2描述本专利技术的第一实施例。图1是示出根据本专利技术的第一实施例的光调制器的布置的剖视图。图2是示出根据本专利技术的第一实施例的光调制器的局部布置的平面图。光调制器包括形成在包层101上的p型第一半导体层102、形成在p型第一半导体层102上的绝缘层103以及形成在绝缘层103上的n型第二半导体层104。第一半导体层102由硅或硅锗制成。第二半导体层104由三种或更多种材料制成的化合物半导体形成。第二半导体层104由例如InGaAsP制成。此外，光调制器包括连接到第一半导体层102的第一电极105和连接到第二半导体层104的第二电极106。第一半导体层102的一部分和第二半导体层104的一部分被布置成在平面图中彼此重叠并形成光波导部121，在所述光波导部121中沿平行于所述包层101的平面的方向引导待调制的光。也就是说，绝缘层103沿光波导部121的堆叠方向被夹持在第一半导体层102和第二半导体层104之间。注意，在第一实施例中，绝缘层107形成在第二电极106的形成侧上的包层101上的区域中。绝缘层107的侧面部分与第一半导体层102的侧面部分接触。绝缘层108形成在第二半导体层104上。绝缘层107和108用作包层，并且绝缘层107和108与包层101一起用作将光限制在由剖视图中的绝缘层围绕的区域中的功能。光波导部121沿图2的平面图中的箭头所指示的光波导方向延伸。应注意图2未示出第一电极105、第二电极106和绝缘层108。在第一实施例中，相对于光波导部121，第一半导体层102沿一个方向延伸，并且第二半导体层104沿另一个方向延伸。在没有形成绝缘层103的区域中，即，包含在从第一半导体层102的光波导部121延伸的区域中的区域，第一电极105与第一半导体层102的表面形成欧姆连接。第二电极106与从第二半导体层104的光波导部121延伸的区域的表面形成欧姆连接。在平面图中，在光波导部121的区域中没有布置电极。换句话说，第一电极105形成在第一半导体层102的未形成光波导部121的区域中。为了在光波导部121中形成波导模式，光波导部121满足单模条件。在光波导部121中，多数载流子累积在第一半导体层102与绝缘层103之间以及第二半导体层104与绝缘层103之间的界面处。因此，适当地设置第一半导体层102的厚度和第二半导体层104的厚度，使得光波导模场的中心布置在这些部分(即第一半导体层102与绝缘层103以及第二半导体层104与绝缘层103之间的界面)中。下面将简要描述制造根据实施例的光调制器的方法。通过使用公知的SOI衬底、将掩埋绝缘层设置为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光调制器包括：p型第一半导体层，由形成在包层上的硅和硅锗之一制成；绝缘层，形成在所述第一半导体层上；n型第二半导体层，由形成在所述绝缘层上的至少三种材料制成的III‑V族化合物半导体形成；第一电极，与所述第一半导体层相连；以及第二电极，与所述第二半导体层相连，其中，所述第一半导体层的一部分和所述第二半导体层的一部分被布置成在平面图中经由所述绝缘层彼此重叠并形成光波导部，在所述光波导部中沿平行于所述包层的平面的方向引导待调制的光，以及所述光波导部满足单模条件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.29 JP 2016-1665181.一种光调制器包括：p型第一半导体层，由形成在包层上的硅和硅锗之一制成；绝缘层，形成在所述第一半导体层上；n型第二半导体层，由形成在所述绝缘层上的至少三种材料制成的III-V族化合物半导体形成；第一电极，与所述第一半导体层相连；以及第二电极，与所述第二半导体层相连，其中，所述第一半导体层的一部分和所述第二半导体层的一部分被布置成在平面图中经由所述绝缘层彼此重叠并形成光波导部，在所述光波导部中沿平行于...

【专利技术属性】
技术研发人员：开达郎，松尾慎治，
申请(专利权)人：日本电信电话株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP