制造光调制器的方法技术

制造光调制器的方法。制造根据本发明专利技术的光电耦合开关的方法需要半导体材料层的一系列重新构形。首先，建立基础构件，其中半导体层被安置在绝缘体材料层上，所述绝缘体材料层被安置在半导体层和半导体衬底之间。按次序，利用第一蚀刻，所述半导体层被蚀刻以在狭槽的两侧建立波导。在第二蚀刻中，所述狭槽被加深以在狭槽中暴露绝缘体材料层。利用第三接触垫掺杂处理，垫可以被安置在绝缘体材料层上使得与所述相应波导电接触，金属接触器可以随后被置于接触垫上，所述狭槽可由光电聚合物填充，并且在需要时所述聚合物可以被极化。

Method of manufacturing an optical modulator

Method of manufacturing an optical modulator. A method of manufacturing a photoelectric coupling switch according to the present invention requires a series of re configuration of the semiconductor material layer. First, a base member is formed, wherein the semiconductor layer is disposed on the insulator material layer positioned between the semiconductor layer and the semiconductor substrate. According to the sequence, using the first etching the semiconductor layer is etched to establish in both sides of the waveguide slot. In the second etching, the slot is deepened to expose the insulator material layer in a slot. The third contact pad doping treatment, pad can be installed with the corresponding waveguide makes electrical contact on insulator material layer, metal contacts can then be placed in contact with the mat, the slot can be filled by the photoelectric polymer, and when in need of the polymer can be polarized.

【技术实现步骤摘要】
制造光调制器的方法本申请是于2015年4月15日提交的待审查的美国专利申请No.14/687,726的部分继续申请。该申请No.14/687,726的内容通过引用并入本文。
本专利技术一般涉及在光信号经光波导传输期间采用开关和调制器的系统和方法。更具体地，本专利技术涉及采用交叉耦合材料的光开关和调制器，所述交叉耦合材料夹在两个波导之间，其中两个波导彼此平行对准。并且电场E被用于改变交叉耦合材料的折射率nc，以从一个波导向另一个波导传输光信号。本专利技术特别地但不排它地用作光电耦合开关，其中交叉耦合材料被构造成薄的扁平层，并且电场E强且均匀，其通量线的取向基本垂直于交叉耦合材料整个层，并且被限制在两个波导之间。
技术介绍
众所周知，光波导是一种物理结构，引导电磁波(如光)经过该结构。波导对光的引导或限制是波导中内反射的结果。作为物理现象，当波导材料的折射率nwg和周围环境的折射率ne之间的差异具有特定值时，这些内反射发生。否则，波导中的光可能不存在限制或者限制低效。还众所周知，施加的电场通过线性或者非线性的光电效应——如普尔克斯效应(线性)或克尔效应(非线性)——能够改变材料的折射率。具体地，普尔克斯光电效应是施加在材料上的电压影响将改变材料的折射率n达Δn的量的情况，其可以数学表示为：Δn＝-rn3E/2其中r是普尔克斯常数，并且E是电场强度。在平面的波导耦合器开关的情况下，电场E被施加在两个交叉耦合光波导之间，所述光波导被具有折射率neo的光电材料分开。当被施加时，电场E改变交叉耦合材料的折射率neo，以改变两个光波导之间的交叉耦合性质。因此，沿着一个波导行进的光移动到另一个波导。考虑上述内容，如本专利技术所设想的垂直的波导光开关的设计涉及几个特别重要的相互影响的因素。这些因素包括：波导之间的间距d(即交叉耦合材料的厚度)；交叉耦合材料的折射率nc(有时也指本文的neo)；以及电场E的设计(即配置)。具体地，只要电场的设计被考虑，设备(即光电开关)相对于交叉耦合材料配置以及限制电场E的能力是最重要的。具体地，这里考虑的电场E的设计分三部分。第一：穿过交叉耦合材料的电场E应该均匀(即电场的通量线彼此平行)。第二：电场E的通量线应该被限制于交叉耦合材料。以及第三：电场E的通量线应该与交叉耦合材料的偏振方向对准(即垂直于波导中的光束通路)。协调这些因素的目的是为了优化设备的光电调制效率。在本专利技术的另一方面中，光电耦合开关(调制器)的结构出于可操作地调节光信号的目的加以考虑。这里的目的是优化针对穿过在波导之间的光信号的交叉耦合材料的光信号的电场的取向(orientation)。这要求由交叉耦合材料的光电系数建立的取向与光信号的电场取向基本平行(即在同一方向)或者几乎是这样。众所周知，激光光束(即光信号)的电场和磁场取向在相互垂直的平面中，这样，波导将强加条件于光信号，使其表现横切模式。具体地，这些模式是TM(横切磁场)模式，其中电场是垂直的并且磁场是水平的；或者是TE(横切电场)模式，其中电场是水平的并且磁场是垂直的。同样众所周知，布置在两个波导之间的光电交叉耦合材料会表现出独特的偏振面，所述偏振面主要响应于穿过交叉耦合材料的光信号的电场。因此，在考虑交叉耦合材料中的响应平面与外部施加电场E的通量线的对准时，该响应平面的取向是重要的。为了说明，应当注意，波导材料的光电系数是交叉耦合材料中的响应平面取向的指示。在聚合物用作交叉耦合材料的情况中，众所周知，聚合物中的由其光电系数建立的响应平面的取向能够被称为“极化”的过程影响(即取向能够被改变，至少在一定程度上)。然而对其他材料而言，光电系数和其响应平面导致的取向是材料的固定属性。在任何情况中，无论波导是否由聚合物、氮氧化硅(SiON)/二氧化硅材料或者其他本领域熟知的材料做成，光电系数都是重要的考虑。考虑到上述内容，交叉耦合材料中的光电耦合系数取向，与光信号穿过波导(例如TM模式)之间的交叉耦合材料时的电场之间的相互作用，需要以某种方式加以考虑。为了这个目的，为了优化开关设备(调制器)的光电调制效率，有必要使交叉耦合材料的响应平面对准，使得与交叉耦合材料中的外部施加的电场E尽可能平行。为此，交叉耦合材料中的光电系数取向应被对准，尽可能平行于外部施加的电场的通量线。作为涉及上述应用的示例，首先考虑聚合物被用作交叉耦合材料的情况。在这个情况中，交叉耦合材料的光电系数取向相对于施加电场E的通量线优选地彼此平行(例如TM模式)。另一方面，在大多数量子阱的情况中，外部施加的电场E垂直于交叉耦合材料的光电系数(例如TM模式)。因此，在这些示例中，优选地使外部施加的电场和光电系数具有不同的对准取向。根据上述，本专利技术的目的是提供具有折射率为nc的交叉耦合材料的光电耦合开关，以确保两个波导之间良好的光限制。本专利技术的另一目的是提供具有折射率为nc的交叉耦合材料的光电耦合开关，以建立强光电调制系数。本专利技术的又一目的是为具有适当波导分离的光电开关设计结构，以实现强波导交叉耦合；同时通过在促进光传输进入或离开波导的交叉耦合材料中提供良好的光限制，使装置的光电效率最大化。本专利技术的还一目的是使交叉耦合材料(由交叉耦合材料的光电系数决定)的响应平面对准，使得尽可能平行于外部施加的电场E的通量线，从而优化设备的光电调制系数。本专利技术的另一目的是为光电耦合开关的制造提供多步过程。本专利技术的另一目的是提供光电耦合开关，其中均匀电场E通过夹在两个光波导之间的交叉耦合材料层限制并引导，并且其中电场强度正交于交叉材料层。本专利技术的另一目的是提供制造简单的易于使用以及相对成本有效的光电耦合开关
技术实现思路
根据本专利技术，垂直光电耦合开关包括第一波导和第二波导以及位于波导之间的交叉耦合材料层。第一波导和第二波导与位于其间的交叉耦合材料一起组合创建了下文有时被称为波导堆叠的构造。总之，电场E经交叉耦合材料建立。可进行E的改变(即切换电压Vπ)以改变交叉耦合材料的折射率nc(即:nc≡neo)。这里期望的结果是将光信号λ的传输从一个波导转换至另一个波导。交叉耦合材料的多个结构方面以及电场E的功能方面尤其重要。为了本专利技术的目的，交叉耦合材料层应具有厚度d，且应该与波导的长度L延伸同样范围(coextensive)。如本专利技术设想的，第一波导的折射率nwg1等于或几乎等于第二波导的折射率nwg2(即nwg1≈nwg2)。通常，波导之间的距离d小于λ/nwg值(即d＜λ/nwg)。此外，波导宽度W被优化以改善光限制并减少光损失。关于电场E，如上所述，它必须是强并且均匀的。此外，电场E的通量线被取向为基本垂直于位于波导之间的交叉耦合材料层。此外，电场E应该跨整个交叉耦合材料层被限制在波导之间，为此，具有折射率nf的填充材料被布置贴着波导之间的交叉耦合材料。对于本专利技术的构造，交叉耦合材料的深度d、波导的长度L以及折射率nwg1、nwg2和nc，以及E的场强都需要被选择并且基于待传输的光信号的波长λ。如本专利技术设想的，当第一波导和第二波导也是聚合物时，交叉耦合材料可以是聚合物。当波导是氮氧化硅/二氧化硅材料时，交叉耦合材料可以也是聚合物。另一方面，如果波导是掺杂材料，那么，取决于使用的掺杂材料，交叉耦合材料可以是聚合物、PIN平面二极管结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电耦合开关，包括：基础构件，所述基础构件具有长度L、宽度Ws和厚度T，其中所述基础构件限定了中分面，所述中分面等距地位于所述基础构件的相对的侧面之间，并且其中所述基础构件包括半导体材料层和硅层，二氧化硅绝缘体层位于所述半导体材料层和所述硅层之间，以及，其中所述半导体材料被挖改，沿着所述长度L经过从所述基础构件的每个侧面向所述中分面延伸的距离Xe，从所述半导体材料挖去材料至深度d1，并且其中所述半导体材料还被挖改，沿着所述长度L经过关于所述中分面中央对称的距离Xc，从所述半导体材料挖去材料至深度d2，使得在所述半导体材料中形成的相对的波导之间建立经过所述半导体材料的狭槽，其中每个波导具有宽度Xw以及长度L，其中d2＞d1，并且Ws＝2Xe+2Xw+Xc；聚合物交叉耦合材料，所述聚合物交叉耦合材料填充所述狭槽；一对接触垫，其中每个接触垫从所述基础构件的每个侧面延伸经过距离Xd使得与相应波导连接，其中Xd＜Xe；以及与相应接触垫连接的相应金属电极，用于选择性地为所述光电耦合开关提供来自电压源的切换电压Vπ。

【技术特征摘要】
2015.09.09 US 14/848,7071.一种光电耦合开关，包括：基础构件，所述基础构件具有长度L、宽度Ws和厚度T，其中所述基础构件限定了中分面，所述中分面等距地位于所述基础构件的相对的侧面之间，并且其中所述基础构件包括半导体材料层和硅层，二氧化硅绝缘体层位于所述半导体材料层和所述硅层之间，以及，其中所述半导体材料被挖改，沿着所述长度L经过从所述基础构件的每个侧面向所述中分面延伸的距离Xe，从所述半导体材料挖去材料至深度d1，并且其中所述半导体材料还被挖改，沿着所述长度L经过关于所述中分面中央对称的距离Xc，从所述半导体材料挖去材料至深度d2，使得在所述半导体材料中形成的相对的波导之间建立经过所述半导体材料的狭槽，其中每个波导具有宽度Xw以及长度L，其中d2＞d1，并且Ws＝2Xe+2Xw+Xc；聚合物交叉耦合材料，所述聚合物交叉耦合材料填充所述狭槽；一对接触垫，其中每个接触垫从所述基础构件的每个侧面延伸经过距离Xd使得与相应波导连接，其中Xd＜Xe；以及与相应接触垫连接的相应金属电极，用于选择性地为所述光电耦合开关提供来自电压源的切换电压Vπ。2.根据权利要求1所述的开关，进一步包括电压源，所述电压源与所述金属电极和相应的接触垫连接，以选择性地为所述光电耦合开关提供切换电压Vπ。3.根据权利要求1所述的开关，其中所述接触垫是重掺杂的(N+)，并且所述波导是轻掺杂的(N-)。4.一种制造光电耦合开关的方法，包括步骤：创建具有长度L、宽度Ws以及厚度T的基础构件，其中所述基础构件限定了等距地位于所述基础构件的相对的侧面之间的中分面，并且其中所述基础构件包括半导体衬底层和半导体材料层，绝缘体材料层位于所述半导体衬底层和所述半导体材料之间，以及；执行第一蚀刻，其中沿着所述长度L经过从所述基础构件的每个侧面向所述中分面延伸的距离Xe，以及沿着所述长度L经过关于所述中分面中央对称的距离Xc，从所述基础构件上的所述半导体材料去除材料至深度d1；执行第二蚀刻，其中沿着所述长度L经过所述距离Xc，从所述基础构件上的所述半导体材料去除材料至深度d2，使得在相对的波导之间建立狭槽以在该狭槽中暴露所述绝缘体材料，其中，每个波导具有至少Xw的宽度和长度L，其中d2＞d1，并且Ws＝2Xe+2Xw+Xc；利用作为交叉耦合材料的聚合物填充所述狭槽；从所述基础构件的每个侧面经过距离Xd掺杂所述半导体材料，使得沿所述基础构件的每个侧面建立相应的接触垫，用于每个接触垫与相应波导的连接，其中Xd＜Xe；以及使金属电极与相应的接触垫互相连接，以选择性地为所述光电耦合开关提供来自电压源的切换电压Vπ。5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括步骤：极化所述狭槽中的所述聚合物以优化所述交叉耦合材料的光电系数，使得适应穿过所述光电耦合开关的光信号。6.根据权利要求5所述的方法，其中该极化步骤优化具有所述光信号的TE模式的所述光电系数的取向。7.根据权利要求4所述的方法，进一步包括步骤：钝化所述半导体材料层。8.根据权利要求4所述的方法，其中所述半导体材料选自下述：硅，化合物半导体InP、GaAs、GaN，和量子阱半导体。9.根据权利要求4所述的方法，其中所述掺杂步骤进一步包括步骤：在所述基础构件的每个侧面的相应侧面部分，沿着所述长度L经过所述距离xd至所述深度d2，在所述半导体材料层中执行第三掺杂过程，以创建与金属电极连接的相应接触垫；以及N+掺杂所述接触垫以减小开关串联电阻。10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括步骤：提供用于所述第一蚀刻的第一掩模，其中所述第一掩模形成有中央切...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙震国，陈定波，
申请(专利权)人：孙震国，
类型：发明
国别省市：美国,US