离子掺杂光波导结构及其使用方法、离子掺杂光波导阵列技术

本发明专利技术公开了一种离子掺杂光波导结构及其使用方法、离子掺杂光波导阵列，离子掺杂光波导结构包括：光波导；掺杂区，包括分设在光波导两侧的P型掺杂区和N型掺杂区，P型掺杂区和N型掺杂区相互隔离；多个电极，电极设置在P型掺杂区和N型掺杂区上；电信号调节电路，包括多个电输入端和至少一个电输出端，电输入端和电输出端分别连接在对应的电极上，电信号调节电路用于调节施加在所述电极上的电信号的大小。本发明专利技术能够根据需要将离子掺杂光波导结构用做光移相器和/或光衰减器，使用方法灵活，节省了光芯片空间，因此减小了芯片的面积进而降低了成本，并且也能满足多种特定场景的使用需求。并且也能满足多种特定场景的使用需求。并且也能满足多种特定场景的使用需求。

【技术实现步骤摘要】
离子掺杂光波导结构及其使用方法、离子掺杂光波导阵列


[0001]本专利技术涉及光集成
，尤其涉及一种离子掺杂光波导结构及其使用方法、离子掺杂光波导阵列。

技术介绍

[0002]在光子集成电路(光芯片)中，通过将半导体材料的光波导进行离子掺杂并施加电信号，可以对光波的相位、强度等性能进行调节和控制，进而实现对光信号的处理。例如，在硅光芯片中，可以通过对光波导进行离子掺杂，形成光移相器、光衰减器等有源器件。
[0003]图1为现有技术的光移相器的示意图。光波导两侧区域含有同一种离子掺杂(P型或N型)进而具备电阻特性。图1中A和B为电极区域，具体可以包含一层或多层导电金属、导通孔、欧姆接触等(图中未具体显示)，用于将外部电信号导入到离子掺杂区域。注：光波导包层(例如常用的二氧化硅)在图中未显示。实际应用中，通过在每个电阻两端分别施加电信号V1和GND可以产生电流，如图1中箭头所示，电流走向平行于光波导走向。电流流过掺杂区形成电阻时，产生热能并传导至光波导，进而通过热光效应改变光波导的折射率，使得在光波导中传播的光波的相位发生变化，即实现了光移相器的功能。
[0004]图2为现有技术的光衰减器的示意图。光波导左右(图2所示的左右方向)两侧区域分别为P型和N型离子掺杂，进而具备电阻特性。图2中A和B为电极区域，具体可以包含一层或多层导电金属、导通孔、欧姆接触等(图中未具体显示)，用于将外部电信号导入到离子掺杂区域。实际应用中，通过在P型掺杂区和N型掺杂区分别施加电信号V1和GND，从而可以在两个掺杂区之间产生电流，电流走向横跨(垂直于)光波导走向，如图2中箭头所示。电流中的载流子(电子和空穴)在通过光波导时，会对光产生吸收，进而使得在光波导中传播的光波的强度发生变化，即实现了光衰减器的功能。
[0005]在光子集成电路中，通常既需要使用光移相器，也需要使用光衰减器。根据需要，可能先后使用光移相器和光衰减器，也可能同步使用光移相器和光衰减器。常规的做法是，根据需要将这两种器件分别放置于光子集成电路的不同位置。在大规模多通道光子集成电路中，所需要的光移相器和光衰减器的数目会很多，会占用芯片上的很多空间，因此增加了芯片的面积，进而增加了成本。
[0006]因此，有必要提供一种离子掺杂光波导结构及其使用方法、离子掺杂光波导阵列，以解决现有技术中存在的上述问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种离子掺杂光波导结构及其使用方法、离子掺杂光波导阵列。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]本专利技术提供了一种离子掺杂光波导结构，包括：
[0010]光波导；
[0011]掺杂区，包括分设在所述光波导两侧的P型掺杂区和N型掺杂区，所述P型掺杂区和所述N型掺杂区相互隔离；
[0012]多个电极，所述电极设置在所述P型掺杂区和所述N型掺杂区上；
[0013]电信号调节电路，包括多个电输入端和至少一个电输出端，所述电输入端输入相应的电信号，所述电输出端输出电信号，从而在所述电输入端和所述电输出端之间形成电路回路，所述电输入端和所述电输出端分别连接在对应的所述电极上，所述电信号调节电路用于调节施加在所述电极上的电信号的大小。
[0014]进一步地，所述电极为四个，分别为第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述P型掺杂区的两端，所述第三电极和所述第四电极设置在所述N型掺杂区的两端；所述电输入端为两个，分别为第一电输入端和第二电输入端；所述电输出端为两个，分别为第一电输出端和第二电输出端；所述第一电输入端连接在所述第一电极上，所述第二电输入端连接在所述第三电极上，所述第一电输出端连接在所述第二电极上，所述第二电输出端连接在所述第四电极上，通过所述电信号调节电路调节所输入的电信号的大小，使得所述第一电输入端所输入的电压与所述第二电输入端所输入的电压相同或不相同。
[0015]进一步地，所述电极为四个，分别为第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述P型掺杂区的两端，所述第三电极和所述第四电极设置在所述N型掺杂区的两端；所述电输入端为两个，分别为第一电输入端和第二电输入端；所述电输出端为两个，分别为第一电输出端和第二电输出端；所述第一电输入端连接在所述第一电极上，所述第二电输入端连接在所述第二电极上，所述第一电输出端连接在所述第三电极上，所述第二电输出端连接在所述第四电极上，通过所述电信号调节电路调节所输入的电信号的大小，使得所述第一电输入端所输入的电压与所述第二电输入端所输入的电压相同。
[0016]进一步地，所述电极为四个，分别为第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述P型掺杂区的两端，所述第三电极和所述第四电极设置在所述N型掺杂区的两端；所述电输入端为两个，分别为第一电输入端和第二电输入端；所述电输出端为两个，分别为第一电输出端和第二电输出端；所述第一电输入端连接在所述第一电极上，所述第二电输入端连接在所述第二电极上，所述第一电输出端连接在所述第三电极上，所述第二电输出端连接在所述第四电极上，通过所述电信号调节电路调节所输入的电信号的大小，使得所述第一电输入端所输入的电压大于所述第二电输入端所输入的电压。
[0017]进一步地，所述电极为四个，分别为第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述P型掺杂区的两端，所述第三电极和所述第四电极设置在所述N型掺杂区的两端；所述电输入端为三个，分别为第一电输入端、第二电输入端和第三电输入端；所述电输出端为一个；所述第一电输入端连接在所述第一电极上，所述第二电输入端连接在所述第二电极上，所述第三电输入端连接在所述第三电极上，所述电输出端连接在所述第四电极上，通过所述电信号调节电路调节所输入的电信号的大小，使得所述第一电输入端所输入的电压大于所述第二电输入端所输入的电压，所述第二电输入端所输入的电压与所述第三电输入端所输入的电压相同。
[0018]进一步地，所述电极为四个，分别为第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述P型掺杂区的两端，所述第三电极和所述第四电极设置在所述N型掺杂区的两端；所述电输入端为三个，分别为第一电输入端、第二电输入端和第三电输入端；所述电输出端为一个；所述第一电输入端连接在所述第一电极上，所述第二电输入端连接在所述第二电极上，所述第三电输入端连接在所述第三电极上，所述电输出端连接在所述第四电极上，通过所述电信号调节电路调节所输入的电信号的大小，使得所述第一电输入端所输入的电压大于所述第二电输入端所输入的电压，所述第二电输入端所输入的电压大于所述第三电输入端所输入的电压。
[0019]进一步地，所述电极为三个，分别为第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述P型掺杂区的两端，所述第三电极设置在所述N型掺杂区的中间；所述电输入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子掺杂光波导结构，其特征在于，包括：光波导；掺杂区，包括分设在所述光波导两侧的P型掺杂区和N型掺杂区，所述P型掺杂区和所述N型掺杂区相互隔离；多个电极，所述电极设置在所述P型掺杂区和所述N型掺杂区上；电信号调节电路，包括多个电输入端和至少一个电输出端，所述电输入端输入相应的电信号，所述电输出端输出电信号，从而在所述电输入端和所述电输出端之间形成电路回路，所述电输入端和所述电输出端分别连接在对应的所述电极上，所述电信号调节电路用于调节施加在所述电极上的电信号的大小。2.根据权利要求1所述的离子掺杂光波导结构，其特征在于，所述电极为四个，分别为第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述P型掺杂区的两端，所述第三电极和所述第四电极设置在所述N型掺杂区的两端；所述电输入端为两个，分别为第一电输入端和第二电输入端；所述电输出端为两个，分别为第一电输出端和第二电输出端；所述第一电输入端连接在所述第一电极上，所述第二电输入端连接在所述第三电极上，所述第一电输出端连接在所述第二电极上，所述第二电输出端连接在所述第四电极上，通过所述电信号调节电路调节所输入的电信号的大小，使得所述第一电输入端所输入的电压与所述第二电输入端所输入的电压相同或不相同。3.根据权利要求1所述的离子掺杂光波导结构，其特征在于，所述电极为四个，分别为第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述P型掺杂区的两端，所述第三电极和所述第四电极设置在所述N型掺杂区的两端；所述电输入端为两个，分别为第一电输入端和第二电输入端；所述电输出端为两个，分别为第一电输出端和第二电输出端；所述第一电输入端连接在所述第一电极上，所述第二电输入端连接在所述第二电极上，所述第一电输出端连接在所述第三电极上，所述第二电输出端连接在所述第四电极上，通过所述电信号调节电路调节所输入的电信号的大小，使得所述第一电输入端所输入的电压与所述第二电输入端所输入的电压相同。4.根据权利要求1所述的离子掺杂光波导结构，其特征在于，所述电极为四个，分别为第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述P型掺杂区的两端，所述第三电极和所述第四电极设置在所述N型掺杂区的两端；所述电输入端为两个，分别为第一电输入端和第二电输入端；所述电输出端为两个，分别为第一电输出端和第二电输出端；所述第一电输入端连接在所述第一电极上，所述第二电输入端连接在所述第二电极上，所述第一电输出端连接在所述第三电极上，所述第二电输出端连接在所述第四电极上，通过所述电信号调节电路调节所输入的电信号的大小，使得所述第一电输入端所输入的电压大于所述第二电输入端所输入的电压。5.根据权利要求1所述的离子掺杂光波导结构，其特征在于，所述电极为四个，分别为第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述P型掺杂区的两端，所述第三电极和所述第四电极设置在所述N型掺杂区的两端；所述电输入端为三个，分别为第一电输入端、第二电输入端和第三电输入端；所述电输出端为一个；所述第一电输入端连接在所述第一电极上，所述第二电输入端连接在所述第二电极上，所述第三电输入端连接在所述第三电极上，所述电输出端连接在所述第四电极上，通过所述电信
号调节电路调节所输入的电信号的大小，使得所述第一电输入端所输入的电压大于所述第二电输入端所输入的电压，所述第二电输入端所输入的电压与所述第三电输入端所输入的电压相同。6.根据权利要求1所述的离子掺杂光波导结构，其特征在于，所述电极为四个，分别为第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述P型掺杂区的两端，所述第三电极和所述第四电极设置在所述N型掺杂区的两端；所述电输入端为三个，分别为第一电输入端、第二电输入端和第三电输入端；所述电输出端为一个；所述第一电输入端连接在所述第一电极上，所述第二电输入端连接在所述第二电极上，所述第三电输入端连接在所述第三电极上，所述电输出端连接在所述第四电极上，通过所述电信号调节电路调节所输入的电信号的大小，使得所述第一电输入端所输入的电压大于所述第二电输入端所输入的电压，所述第二电输入端所输入的电压大于所述第三电输入端所输入的电压。7.根据权利要求1所述的离子掺杂光波导结构，其特征在于，所述电极为三个，分别为第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述P型掺杂区的两端，所述第三电极设置在所述N型掺杂区的中间；所述电输入端为两个，分别为第一电输入端和第二电输入端；所述电输出端为一个；所述第一电输入端连接在所述第一电极上，所述第二电输入端连接在所述第二电极上，所述电输出端连接在所述第三电极上，通过所述电信号调节电路调节所输入的电信号的大小，使得所述第一电输入端所输入的电压大于所述第二电输入端所输入的电压。8.根据权利要求1所述的离子掺杂光波导结构，其特征在于，所述光波导的材料包括体硅、绝缘体上硅、蓝宝石上硅、氧化铝、磷化铟、铌酸锂、钛酸钡和聚合物；所述光波导包括通道波导、脊波导、缝隙波导、扩散波导和光子晶体波导；所述光波导的走线形状包括直线形，以及曲线形；所述光波导的工作波长范围包括可见光波段、O波段、E波段、S波段、C波段、L波段、U波段和中红外波段；多个所述光波导位于同一层，或分别位于相应的多个独立的层。9.根据权利要求1所述的离子掺杂光波导结构，其特征在于，所述P型掺杂区和/或所述N型掺杂区具有同一个掺杂杂质浓度，或者具有多个不同的掺杂杂质浓度。10.根据权利要求1所述的离子掺杂光波导结构，其特征在于，所述电信号为固定电压或可调电压；通过所述电信号调节电路调节各所述电输入端所输入的电压的相对差值。11.根据权利要求1所述的离子掺杂光波导结构，其特征在于，利用“时分复用”的方式，通过所述电信号调节电路在不同时间段交替调节施加在所述电极上的电压，使所述离子掺杂光波导同时实现光移相器和光衰减器的功能。12.一种离子掺杂光波导阵列，其特征在于，包括：多个如权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：张星宇，张轲，
申请(专利权)人：赛丽科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：