用于半导体光波导的热光移相器制造技术

实施例包括用于对光信号进行移相的方法和相关联的装置。该方法包括：在光波导的第一端处接收具有第一相位的光信号，该光波导形成于半导体层中并沿第一轴延伸。该方法还包括：在光波导的与第一端相对的第二端处发送具有第二相位的经修改的光信号，其中第二相位不同于第一相位。发送经修改的光信号包括：在第一接触区域和第二接触区域之间施加电压信号，该第一接触区域和第二接触区域远离第一轴形成于半导体层中。施加电压信号导致电流沿光波导的尺寸被传导。电流导致对光波导的电阻加热以及第一相位和第二相位之间的期望相移。

Thermooptic phase shifter for semiconductor optical waveguide

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于半导体光波导的热光移相器
在本公开中提出的实施例一般地涉及光子学，并且更具体地，涉及与光波导形成在同一半导体层中的热光移相器。
技术介绍
在光子电路中，热光移相器通常被用作光学偏置或调谐元件(例如，在调制器或可调滤波器中)。通常，为了制造较小和/或低功率的光学器件，并在给定的功率预算内提供更大的调谐范围，可能需要提高热光移相器的效率。一种用于提高热光移相器的效率的技术包括在接近光波导处放置明显的加热元件，这减少了耦合到其他附近的元件(例如，基底)中的热的量。然而，加热元件的接近往往会增加光学插入损耗。用于提高热光移相器的效率的另一种技术包括使用空气沟槽或(一个或多个)其他绝热材料将加热元件和/或光波导与其他元件(例如，基底)热隔离。附图说明为了可以详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例来对上文中简要概述的本公开进行更详细的描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出本公开的典型实施例，并且因此不应被认为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他等效的实施例。图1示出根据一个实施例的、用于沿光波导的宽度传导电流的示例性装置。图2示出根据一个实施例的椭圆形光学过渡区域的长轴和短轴。图3示出根据一个实施例的限定线性的锥度(taper)的示例性光学过渡区域。图4示出根据一个实施例的用于热光移相器的示例性掺杂分布。图5示出根据一个实施例的用于沿光波导的长度传导电流的示例性装置。图6示出根据一个实施例的包括半导体层中的热光移相器的多个层。图7示出根据一个实施例的具有从基底层去除的区域的多个层。图8示出根据一个实施例的对光信号进行移相的示例性方法。为了便于理解，在可能的情况下使用相同的参考数字来表示图中共有的相同元件。可以预期，一个实施例中公开的元件可以有益地用于其他实施例，而无需具体的叙述。具体实施方式概述在独立权利要求中陈述了本专利技术的各方面，在从属权利要求中陈述了优选特征。一个方面的特征可以单独地或与其他方面结合地应用于每个方面。在本公开中提出的一个实施例是一种装置，包括：光波导，其形成在半导体层中；第一接触区域，其形成在半导体层中并与光波导相交；以及第一光学过渡区域，其在光波导和第一接触区域之间延伸。第一接触区域与第一光学过渡区域电耦合，并且被配置为沿光波导的尺寸传导电流，以将电阻加热施加到光波导。另一个实施例是一种装置，包括光波导，其形成在半导体层中并沿第一轴延伸，该光波导具有第一掺杂水平。该装置还包括第一接触区域和第二接触区域，该第一接触区域和第二接触区域远离第一轴形成在半导体层中，其中第一接触区域和第二接触区域各自具有相应的第二掺杂水平，该第二掺杂水平大于第一掺杂水平。响应于施加在第一接触区域和第二接触区域之间的电压信号，电流沿光波导的尺寸被传导，并且对光波导的电阻加热通过该电流被提供。另一个实施例是一种方法，包括：在光波导的第一端处接收具有第一相位的光信号，该光波导形成于半导体层中并沿第一轴延伸。该方法还包括：在光波导的第二端处发送具有第二相位的经修改的光信号，其中第二端与第一端相对，第二相位不同于第一相位。发送经修改的光信号包括：在第一接触区域和第二接触区域之间施加电压信号，该第一接触区域和第二接触区域远离第一轴形成于半导体层中。施加电压信号导致电流沿光波导的尺寸被传导，并且电流导致光波导的电阻加热以及第一相位和第二相位之间的期望相移。示例实施例本公开的实施例一般地涉及与光波导形成在同一半导体层中的热光移相器的实现方式。在一些实施例中，至少第一接触区域形成在半导体层中，并且被配置为沿光波导的尺寸传导电流，以将电阻加热施加到光波导。尺寸可以是光波导的宽度或长度。这样，光波导本身可以用作电阻加热元件，使得该装置不需要包括单独的加热元件。在一些实施例中，该装置至少包括第一光学过渡区域，该第一光学过渡区域在光波导和第一接触区域之间延伸。第一光学过渡区域具有这样的形状和大小：该形状和大小被选择为减轻通常由于第一接触区域与光波导的相交而可能发生的光学损耗。在一些实施例中，第一光学过渡区域在光波导与第一接触区域之间限定线性的锥度。在其他实施例中，第一光学过渡区域在光波导和第一接触区域之间限定弯曲的锥度。例如，第一光学过渡区域可以是与光波导重叠的椭圆，其中椭圆的长轴与波导的纵轴对齐，并且椭圆的短轴基本垂直于纵轴。在一些实施例中，第一接触区域具有第一掺杂水平，其大于光波导的第二掺杂水平。在一个实施例中，第一光学过渡区域也具有第二掺杂水平。这样，光波导和/或第一光学过渡区域中的电阻可以比第一接触区域中的电阻大，从而电流趋于将热集中在光学模式处，并且使散失到光子平台的其他部分的热最小化。图1示出根据一个实施例的、用于沿光波导的宽度传导电流的示例性装置100。在一些实施例中，装置100形成在单个半导体层内，例如形成在包括多个光学组件的基于绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)的光子平台的硅层内。使用合适的(一种或多种)替代半导体材料的实施方式也是可能的。装置100包括在半导体层中沿第一轴延伸的光波导105。如图所示，第一轴对应于X轴。装置100还包括形成在半导体层中并与光波导105相交的接触区域110。在一些实施例中，接触区域110在半导体层中沿第二轴延伸。在一些实施例中，第二轴基本垂直于第一轴。如图所示，第二轴对应于Y轴。然而，在其他实施例中，接触区域110可以以其他合适的角度与光波导105相交。在一些实施例中，接触区域110延伸到光波导105的两侧(即，在正Y方向和负Y方向)。在其他实施例中，接触区域110仅延伸到光波导105的一侧。此外，尽管在光波导105的第一侧上的接触区域110的范围被描绘为与在光波导105的第二侧上的接触区域110的范围基本相同，但这不是必需的。如图所示，接触区域110与两个金属接触件(contact)120-1、120-2连接，但其他合适的导电材料也有可能用于接触件120-1、120-2。接触件120-1被设置在光波导105的第一侧，并且接触件120-2被设置在光波导的相对的第二侧。接触区域110通过接触件120-1、120-2与电压源125连接，该电压源125被配置为在光波导105上施加电压信号v。电压信号v使电流135沿光波导105的尺寸在接触件120-1、120-2之间通过。如图所示，光波导105的尺寸是光波导105的宽度，其与Y轴基本对齐。由于热电性质，电流135引起对光波导105的加热，使得装置100被配置为在光波导105处接收具有第一相位Φ1的光信号(“光输入”)并发送具有第二相位Φ2的经修改的光信号(“光输出”)，其中第二相位Φ2不同于第一相位Φ1。装置100还包括在光波导105和接触区域110之间延伸的光学过渡区域115。光学过渡区域115具有被选择为减轻通常由于接触区域110与光波导105的相交而可能发生的光学损耗的形状和大小。例如，可以基于接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：/n光波导，形成在半导体层中；/n第一接触区域，形成在所述半导体层中并与所述光波导相交；以及/n第一光学过渡区域，在所述光波导和所述第一接触区域之间延伸，/n其中，所述第一接触区域与所述第一光学过渡区域电耦合，并且被配置为沿所述光波导的尺寸传导电流，以将电阻加热施加到所述光波导。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170426 US 15/498,2741.一种装置，包括：
光波导，形成在半导体层中；
第一接触区域，形成在所述半导体层中并与所述光波导相交；以及
第一光学过渡区域，在所述光波导和所述第一接触区域之间延伸，
其中，所述第一接触区域与所述第一光学过渡区域电耦合，并且被配置为沿所述光波导的尺寸传导电流，以将电阻加热施加到所述光波导。


2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光波导在所述半导体层中沿第一轴延伸，并且
其中，所述第一接触区域在所述半导体层中沿第二轴延伸，所述第二轴基本上垂直于所述第一轴。


3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一光学过渡区域在所述光波导与所述第一接触区域之间限定线性的锥度。


4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一光学过渡区域在所述光波导与所述第一接触区域之间限定弯曲的锥度。


5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一光学过渡区域包括与所述光波导重叠的第一椭圆，其中，所述第一椭圆具有与所述第一轴对齐的长轴以及与所述第二轴对齐的短轴。


6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述长轴与所述短轴的比率为约4：1。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述第一接触区域具有第一掺杂水平，所述第一掺杂水平大于所述光波导的第二掺杂水平。


8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一接触区域与第一金属接触件耦合。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，电流在所述光波导的宽度上被传导。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，还包括：
第二接触区域，形成在所述半导体层中并与所述光波导相交；以及
第二光学过渡区域，在所述光波导和所述第二接触区域之间延伸，
其中，在所述第一接触区域和所述第二接触区域之间施加电压信号导致电流沿所述光波导的长度被传导。


11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述光波导的长度被选择为提供期望的电阻用于所述电阻加热。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，还包括：
基底层；以及
介电层，至少部分地被设置在所述半导体层和所述基底之间，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：西恩·P·安德森，唐纳德·亚当斯，
申请(专利权)人：思科技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US