热-光半导体器件制造技术

本发明专利技术揭示一种热一光半导体器件，包括在２个掺杂区域之间形成光波导管的半导体区域和形成电阻加热器的邻接的半导体区域，电流流过邻接的半导体区域中的电阻加热器，对其进行加热，从而变化波导管的光学特性。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过电阻加热来变化光学特性的热-光半导体器件。
技术介绍
以往，已知在光传输器件中使用半导体。例如，在集成的硅芯片器件上使用硅。这种器件包括在由硅衬底支承的二氧化硅层上作为集成电路形成的硅波导管。已知硅具有随着温度变化的折射率。在波长1550nm时，具有dn/dT=1.86×10-4K-1的温度非线性的折射率。通过使用在波导管区域上的薄金属线(track)作为电阻加热器，将应用加热的这种非线性用来形成基于硅和二氧化硅的波导管器件中的相位调制器。专利技术概述本专利技术的目的是提供对热-光半导体器件有效地进行电阻加热的改进的结构和方法。本专利技术的热-光半导体器件，包括在2个掺杂区域之间形成光传输通道的半导体区域和形成电阻加热器的邻接的半导体区域，所述掺杂区域与外部接触区域电接触，以便电流流过邻接的半导体区域中的电阻加热器，对所述的半导体区域进行加热，从而变化其光学特性。此外，所述热-光半导体器件中的所述外部接触区域包括金属区域为佳。此外，用电绝缘层覆盖所述热-光半导体器件，所述金属区域露出所述绝缘层为佳。此外，所述热-光半导体器件中的所述电阻加热器形成用于光通过传输通道传输的相位移位器。此外，在一些实施形态中，所述热-光半导体器件中的所述半导体器件包括形成所述光传输通道的半导体波导管，并且所述邻接半导体区域贯穿波导管的下面。此外，用硅形成所述热-光半导体器件中的所述半导体区域为佳。此外，所述器件集成在硅或者绝缘衬底外延硅上。此外，所述热-光半导体器件中的每个所述掺杂区域包括半导体中的p型掺杂区域。此外，所述热-光半导体器件中的每个所述掺杂区域包括半导体中的n型掺杂区域。本专利技术的光调制器，包括光传输器件，所述光传输器件用于分开光束，引导部分光束通过所述的热-光半导体器件，以便引起相位变化，重新组合光束装置，所述重新组合光束装置通过干扰引起幅度调制。本专利技术的变化半导体器件的光传输特性的方法，包括在所述半导体器件的两个掺杂区域之间流过的电流，流过半导体器件的一部分，产生电阻加热以便变化光传输特性。此外，所述热-光半导体器件中的电流在所述掺杂区域之间流过，通过所述器件变化光传输的相位。此外，对所述热-光半导体器件中的电源进行调制，以便调制相位变化。此外，所述热-光半导体器件中的所述半导体器件包括半导体波导管，所述电流流过邻接所述波导管的半导体区域。附图简要说明附图说明图1表示本专利技术实施形态的热-光半导体器件的剖视图，是表示按图2中的线A-A剖视的部分。图2表示图1的半导体器件部分的平面图。图3表示在光调制系统中使用图1和图2所示器件的原理图。图4表示对图1所示的器件与以往的器件进行比较的一个方面的性能图。图5表示对图1所示的器件与以往的器件进行比较的不同方面的性能图。实施专利技术的最佳形态下面，参照附图对实施本专利技术的最佳实施形态进行说明。图1表示硅加强波导管(silicon rib waveguide)的热-光半导体器件，这种器件集成在绝缘衬底外延硅芯片上。这种芯片包括硅衬底11，并在硅衬底11上形成二氧化硅的绝缘层12。在绝缘层12上是硅外延层13，这种硅外延层13具有主区域14，在主区域14上伸出形成波导管的延伸区域15。用电绝缘的二氧化硅层16覆盖硅层13。作为硅波导管器件，沟道区域15用作横向限制(confine)由延伸区域15和主区域14引导的光传输模式。主硅层完全地跨越区域15的宽度并从其下面从一边延伸到另一边。利用波导管15中硅折射率随着温度的变化，在主硅层14中波导管15的下面形成电阻加热器。如图2所示，通过在波导管15被选择部分的两个相对侧上相同类型掺杂物形成的两个掺杂区域20和21，形成这种电阻加热器。每个掺杂区域20可以由p型杂质或者n型杂质形成。例如在较佳实施形态中用磷作为杂质。用众所周知的半导体制造技术、例如扩散或者注入，将这些杂质放入阱区。接着，在每个掺杂区域20上，在电绝缘层16中形成孔，并将金属接触区域21插入到孔中，形成外部接触区域。将掺杂区域20掺杂到一定的浓度，形成与金属接触21的欧姆接触。用这种方法延伸通过两个掺杂区域20之间的层14的区域23形成电阻加热器，这种电阻加热器邻接波导管15并位于其下，以便有效地将热传输到波导管区域。将掺杂区域设置在离开波导管区域的边的充分的距离上，以避免由于掺杂区域与光模式的相互作用而造成的显著的光损耗。在使用中，将两个金属接触21连接到相反极性端上，其中一端是电源26。电源26的电源输出可变，根据需要也可以形成被调制的电源输出。从电源26通过电阻加热器23的电流，会引起波导管15中的硅的温度变化，从而改变硅的折射率，并引起沿着波导管15传输的光相位变化。如图3所示，当将这种器件用作光调制器时，将来自光源的单束光分开。这种场合，来自光源29的光通过被分开成两个分离的波导管31和32的波导管30。波导管32直接地连接到输出波导管34的结合处33。但是，波导管31在达到结合处33之前，通过相位移位器35。相位移位器35可以是如图1和2所示类型的器件。如图3所示，将波导管34的输出光束提供给需要调制光束的地方或者检测器36。图4用粗线40示出的曲线表示通过变化来自电源26的施加电压实现的以db为单位的幅度调制，作为在图3所示类型的光调制电路中使用图1所示的器件的结果。可见，为了实现从最大光输出到最小光输出的传输，通过电阻加热器23施加的电源变化是在150mw。对于以往具有设置在波导管15上的金属线加热器的器件，到达相同幅度调制需要的电源如图4的虚线41所示。可见为了变化最大值和最小值之间的光输出，需要大致300mw电源变化。因此，由于在波导管结构内产生的热而不是在上部的结构产生的热，所以使用半导体层14内的电阻加热器23能有效地改善幅度调制图5表示对于低频区域标准的以db为单位的幅度调制，用于比较图1所示的器件与以往的在波导管上使用金属线加热器的器件的以kHz为单位的频率变化。较好的是对电源26进行调制，因为相位移位的光响应依赖于调制频率。图中的实线和标号42表示图1所示的器件特性。它表示直到100kHz频率为止，标准幅度调制没有下降。通过幅度调制下降到-3db的频率为450kHz，从而示出450kHz的带宽。虚线43示出了以往的使用波导管的金属线的器件的特性。它表示在大致55kHz，幅度调制下降到-3db，从而示出带宽仅为55kHz。用Mach-Zehnder干涉仪得到图4和图5所示的结果。可见器件的动作依赖于电源26的驱动频率。此外，为了在硅内产生热，需要离开波导管提供热导，并且掺杂区域20与金属接触21一起提供较高的热传导性，以离开波导管提供改善的传导。因此，能改善高频特性。在特别的实施形态中，能在实现有效的调制器与最大化调制带宽之间达到平衡，其中，有效的调制器需要用于提供相位移位、例如π弪的最小电源，最大化调制带宽通过尽快地从波导管区域去除施加的热实现。本专利技术不限于前述的实施形态，例如掺杂区域20可以位于这种硅结构内的其它位置。可以用3个或者多个掺杂区域形成更加复杂的结构。能变化使用的杂质类型、杂质浓度和掺杂区域的宽度与深度，来控制有效调制与高调制带宽之间的平衡。权利要求1．一种热-光半导体器件，其特征在于，包括提供光传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热－光半导体器件，其特征在于，包括提供光传输通道的一个半导体区域和在２个掺杂区域之间提供电阻加热器的邻接的半导体区域，所述掺杂区域与外部接触区域电接触，以便电流流过该邻接的半导体区域中的电阻加热器，对所述的一个半导体区域进行加热 ，从而变化其光学特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：IE戴，
申请(专利权)人：博克汉姆技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]