光学半导体器件制造技术

一种光学半导体器件，包括：第一波导，输入光被输入到第一波导中；环形调制器，被设置为与第一波导光耦合；第一环形谐振器，被设置为与第一波导光耦合，并具有比所述环形调制器的光程长度小的光程长度；第二环形谐振器，被设置为与第一波导光耦合，并具有比所述环形调制器的光程长度大的光程长度；加热器，被设置为与所述环形调制器、第一环形谐振器及第二环形谐振器相邻；第一光检测器，被配置为监测所述第一环形谐振器中的光功率；第二光检测器，被配置为监测所述第二环形谐振器中的光功率；以及控制器，基于所述第一光检测器和第二光检测器所检测的信号控制所述加热器，以使所述环形调制器的谐振波长与所述输入光的波长一致。

【技术实现步骤摘要】

本文所讨论的实施例涉及光学半导体器件。
技术介绍
对于小型化、大容量和低功耗的光发射器和光接收器而言，在硅上实现光学器件至关重要。硅上光学器件可使用大的折射率差值的光波导，与其它材料上的光学器件相比，更有利于小型化，这便于与其它电子电路进行集成，从而许多个光发射器和光接收器可集成在一个芯片上。在光学器件中，尤其是调制器的特性会对光发射器和光接收器的功耗和尺寸产生影响。尤其是，自身为小尺寸并具有小的调制器电压和小的光插入损耗的环形调制器有利于小型化和低功耗。相关的实例如下美国专利公开No. 2009/0169149A1，以及日本特许专利公开 No.2008-268276。然而，环形调制器具有使调制效率变高的同时缩窄波长带宽的问题。
技术实现思路
因此，实施例的一个方案的目的是提供一种可通过使用环形谐振器来高效率调制输入光的光学半导体器件。根据实施例的一个方案，提供一种光学半导体器件，包括第一波导，输入光被输入到所述第一波导中；环形调制器，被设置为与所述第一波导光耦合；第一环形谐振器，被设置为与所述第一波导光耦合，并具有比所述环形调制器的光程长度小的光程长度；第二环形谐振器，被设置为与所述第一波导光耦合，并具有比所述环形调制器的光程长度大的光程长度；加热器，被设置为与所述环形调制器、所述第一环形谐振器以及所述第二环形谐振器相邻；第一光检测器，被配置为监测所述第一环形谐振器中的光功率；第二光检测器，被配置为监测所述第二环形谐振器中的光功率；以及控制器，用于基于所述第一光检测器和所述第二光检测器所检测的信号控制所述加热器，以使所述环形调制器的谐振波长与所述输入光的波长一致。附图说明图I为示出了根据第一实施例的光学半导体器件的示意图；图2、图3以及图4为示出了根据第一实施例的光学半导体的剖视图；图5、图6、图10以及图11为示出了光学谐振器的调制光输出功率与输入光的波长之间的关系的图表；图7、图8以及图20为示出了监测电流与输入光的波长之间的关系的图表；图9和图13为示出了根据参考实施例的光学半导体器件的示意图；图12为示出了监测光功率与输入光的波长之间的关系的图表；图14为示出了可监测的波长宽度与输入光的波长之间的关系的图表；图15为示出了根据第二实施例的光学半导体器件的示意图；图16为示出了根据第三实施例的光学半导体器件的示意图；图17为示出了根据第四实施例的光学半导体器件的示意图；图18为示出了根据第五实施例的光学半导体器件的示意图；图19为示出了根据第六实施例的光学半导体器件的示意图；图21为示出了根据第七实施例的光学半导体器件的示意图；图22和图23为示出了根据第七实施例的光学半导体的剖视图； 图24为示出了根据第八实施例的光学半导体器件的示意图；图25为示出了根据第八实施例的光学半导体的剖视图；图26为示出了根据第九实施例的光学半导体器件的示意图；以及图27为示出了根据第十实施例的光学半导体器件的示意图。具体实施例方式将参考图I至图14描述根据第一实施例的光学半导体器件。图I为示出了根据本实施例的光学半导体器件的示意图。图2至图4为示出了根据本实施例的光学半导体的剖视图。图5、图6、图10以及图11为示出了光学谐振器的调制光输出功率与输入光的波长之间的关系的图表。图7和图8为示出了监测电流与输入光的波长之间的关系的图表。图9和图13为示出了根据参考实施例的光学半导体器件的示意图。图12为示出了监测光功率与输入光的波长之间的关系的图表。图14为示出了可监测的波长宽度与输入光的波长之间的关系的图表。首先，将参考图I至图4描述根据本实施例的光学半导体器件的结构。图2为沿图I中A-A’线的剖视图。图3为沿图I中B-B’线的剖视图。图4为沿图I中C-C’线的首1J视图。如图I所示,根据本实施例的光学半导体器件包括线性波导(linear waveguide)10和设置在线性波导10附近以便光耦合至线性波导10的第一光学谐振器12、第二光学谐振器14以及第三光学谐振器16。根据本实施例的光学半导体器件还包括光检测器36a、36b,分别包括波导26、30 ;控制器38,基于光检测器36a、36b所检测的信号(监测电流)控制加热器22 ;以及驱动器电路40，输出调制信号。在线性波导10的输入端32侧(作为输入光的CW(连续波)光将被输入到该侧)，第二光学谐振器14和第三光学谐振器16相互邻近设置。在线性波导10的输出端34侧，提供第一光学谐振器12。第一光学谐振器12包括环形波导18和设置在环形波导18附近的加热器22。施加用于改变环形波导18的折射率的信号(调制信号)的电极20a、20b连接至环形波导18。即，第一光学谐振器12用作环形调制器。第二光学谐振器14包括环形波导24和设置在环形波导24附近的加热器22。由环形波导形成的光学谐振器通常被称作环形谐振器。第三光学谐振器16包括环形波导28和设置在环形波导28附近的加热器22。设置在环形波导18、24、28附近的加热器22为单加热器(single heater)，可同时加热环形波导18、24、28。可分别在环形波导18、24、28附近分散地(discretely)提供加热器22。环形波导18、24、28的直径被分别设定为d、d_ Λ d以及d+Λ d。例如，当d=10ym，Δ d=0. 015 μ m时，环形波导18的直径为10 μ m,环形波导24的直径为9. 985 μ m,环形波导28的直径为10. 015 μ m。将线性波导10与环形波导18之间的间隔设定为大于线性波导10与环形波导24、28之间的间隔。例如，线性波导10与环形波导18之间的间隔被设定为250nm。线性波导10与环形波导24之间的间隔以及线性波导10与环形波导28之间的间隔被设定为lOOnm。 光检测器36a经由光耦合至环形波导24的波导26连接至第二光学谐振器14。如图I所示的光波导结构可由例如SOI (Silicon On Insulator,绝缘体上的硅)衬底50的SOI层52形成。如图2至图4所示例出的，线性波导10、环形波导18、24、28以及波导26、30可通过图案化SOI层52形成。二氧化娃(silicon oxide)层54形成在SOI层52周围，并用作包围线性波导10、环形波导18、24、28以及波导26、30的包覆层(clad)。在环形波导18的部分区域中，分别在外周侧和内周侧上沿着光的传输方向形成η型区56a和P型区56b。可相对设置η型区56a和p型区56b。在二氧化娃层54上方,形成经由互连通路(via-interconnection) 58a连接至环形波导18的η型区56a的电极20a以及经由互连通路58b连接至环形波导18的p型区56b的电极20b。电极20a连接至驱动器电路40。电极20b连接至接地线。电极20a、20b例如由铝形成。互连通路58a、58b例如由钨形成。在二氧化硅层54上方，形成加热器22。例如，钼薄膜加热器可用作加热器22。控制器38包括连接至光检测器36a、36b的电流相减电路60以及连接至电流相减电路 60 的 PID (Proportional Integral Differential,比例积分微分)控制电路 62。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学半导体器件，包括：第一波导，输入光被输入到所述第一波导中；环形调制器，被设置为与所述第一波导光耦合；第一环形谐振器，被设置为与所述第一波导光耦合，并具有比所述环形调制器的光程长度小的光程长度；第二环形谐振器，被设置为与所述第一波导光耦合，并具有比所述环形调制器的光程长度大的光程长度；加热器，被设置为与所述环形调制器、所述第一环形谐振器以及所述第二环形谐振器相邻；第一光检测器，被配置为监测所述第一环形谐振器中的光功率；第二光检测器，被配置为监测所述第二环形谐振器中的光功率；以及控制器，用于基于所述第一光检测器和所述第二光检测器所检测的信号控制所述加热器，以使所述环形调制器的谐振波长与所述输入光的波长一致。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：秋山知之，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：