相通。
[0022]所述的脊型波导的内脊宽度、内脊高度和外脊高度满足光单模传输条件，所述的内脊的掺杂浓度小于1017cm 3，所述的外脊的掺杂浓度大于10lscm 3，掺杂类型为p型或η型，形成ρ+-ρ -ρ+或η +-η _η+电阻结构。
[0023]所述的电极层与外部电源相连接，该电极层的材料为铝、铜、金。
[0024]本实施例的衬底1为硅，下包层2制作在衬底1上；下包层的厚度为2 μπι ;该下包层为二氧化硅，对波导的光起限制作用；波导层3制作在下包层2上；波导层3的厚度为0.22 μπι ;该波导层的材料为娃；波导层为凸脊型结构，脊的宽度为0.5 μπι，内脊高度
0.22 μ m，外脊高度0.06 μ m ;脊型区即波导芯层为p型轻掺杂区9，掺杂浓度1015cm 3;两侧平板为P型重掺杂区8，宽度为4 μ m，掺杂浓度102°cm 3;重掺杂区边缘与波导内脊边缘相隔距离0.3 μπι ;上包层4制作在波导层3上；上包层4的厚度为2.57 μπι ;该上包层的材料为二氧化硅，对波导层3中的光起限制作用，同时对波导起保护作用，并使之易于制作电极；轻掺杂区9上方制作有金属栅极6，作为调节电阻的栅极；两侧的通孔10连接波导重掺杂区8和金属电极7 ;通孔10的宽度为2 μ m，材料为铝。
[0025]电极层5制作在上包层4上；电极层5的厚度为2 μ m，与通孔10内的金属连接并与外部电源相连接；电极层5的材料为铝。
[0026]使用时，外部电源驱动电压信号加载于与通孔相连的两侧金属电极7，电流通过波导层产生热量。
[0027]在恒定的驱动电压下，对金属栅极6加载控制电压，用于在波导层上产生电场。通过改变控制电压，使作用在波导层上的电场发生改变，影响硅波导的电阻率，使电阻上的热功率发生变化，从而实现对硅波导折射率的调节，最终实现对通过本结构输出光的调节。
[0028]实施例
[0029]图2为电压可控热电阻应用于硅基微环的实施例。11区和12区为p重掺杂区，13区为金属控制栅区。微环半径为ΙΟμπι，定向耦合区长度为3.8 μπι。
[0030]图3所示为不同控制电压下，硅波导电阻的电流与驱动电压的关系图。由图可以看出，加载在金属栅极上的控制电压对波导层的电阻值能起到有效的控制。
[0031]图4为在15V驱动电压下，硅波导电阻值及发热功率与控制电压关系图。
[0032]图5为在15V驱动电压下，硅基微环谐振器的谐振波长的偏移量与控制电压的关系图。当控制电压为0V时，微环谐振处于1549.6nm处，当金属上加11V电压时，谐振点偏移到1548.6nm处，谐振点偏移量为-0.9nm。
[0033]图6为波导热光调节结构的微环谐振器的实验测试装置示意图。虚线代表光路连接，实线代表电路连接。
[0034]第一步:由数字电流表测试波导热电阻的电流-电压曲线。
[0035]第二步:直流电压源用于提供热电阻的驱动电压，本例中为15V恒定电压；任意波形发生器用于对金属栅极加载控制电压，本例中，金属栅极加载的控制电压:峰峰值5V，频率ΙΟΚΗζ的方波。可调谐激光器输出光耦合到测试芯片，输出光信号经过光电探测器后，再接入示波器。当激光器输出光在微环谐振中心波长附近时，可观察其时间响应图。
[0036]图7为驱动电压15V，在微环波导热光调节结构上加载5V10KHZ的方波交流控制电压时，输出光信号的时间响应图。上图为光信号时间响应图，中间为控制电压的时域波形；左下图为上升沿，显示上升延时间0.729 μ s ;右下图为下降沿，显示下降延时间7.887 μ s。
【主权项】
1.一种硅波导热光调节结构，其特征在于，从下至上依次包括衬底(1)、下包层(2)、波导层(3)、上包层(4)和电极层(5)，所述的下包层(2)的材料为二氧化硅，波导层(3)的材料为高折射率材料硅，上包层(4)的材料为低折射率材料，所述的电极层(5)由分立于两侧的金属电极(7)和中间的金属栅极(6)构成，所述的波导层(3)为脊型波导，由中间的凸形内脊的轻掺杂区(9)和两侧平板形外脊的重掺杂区(8)构成波导热电阻结构，所述的重掺杂区(8)通过所述的上包层(4)的金属通孔(10)与所述的金属电极(7)相通。2.根据权利要求1所述的硅波导热光调节结构，其特征在于，所述的脊型波导的凸形内脊的轻掺杂区(9)的宽度、高度和外脊的重掺杂区(8)的高度满足光单模传输条件，所述的凸形内脊的轻掺杂区(9)的掺杂浓度小于1017cm3，所述的外脊的重掺杂区(8)的掺杂浓度大于10lscm 3，掺杂类型为p型或η型，形成ρ+-ρ -ρ+或η +_η _η+电阻结构。3.根据权利要求1所述的硅波导热光调节结构，其特征在于，所述的电极层的材料为招、铜或金。4.权利要求1所述的硅波导热光调节结构的使用方法，其特征是在所述的两金属电极(7)之间施加固定的驱动电压，在所述的金属栅极(6)施加控制电压，通过改变该控制电压，实现对娃波导折射率的调节，最终实现对输出光的调节。
【专利摘要】本发明涉及一种硅波导热光调节结构，从下至上依次包括衬底、下包层、波导层、上包层和电极层，所述的下包层的材料为二氧化硅，波导层的材料为高折射率材料硅，上包层的材料为低折射率材料，所述的电极层由分立于两侧的金属电极和中间的金属栅极构成，所述的波导层为脊型波导，由中间的凸形内脊的轻掺杂区和两侧平板形外脊的重掺杂区构成波导热电阻结构，所述的重掺杂区通过所述的上包层的金属通孔与所述的金属电极相通。当控制电极上加载电压，波导内形成电场，使载流子浓度发生改变，调节硅波导层的电阻率。在恒定驱动电压下，电阻上的热功率发生变化，基于热光效应可以调节硅波导的有效折射率。
【IPC分类】G02F1/015, G02F1/025, G02F1/01
【公开号】CN105388638
【申请号】CN201510982481
【发明人】王心怡, 周林杰, 陆梁军, 陈建平
【申请人】上海交通大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月24日