控制光学设备中的电吸收介质的组成的制作方法
【专利说明】控制光学设备中的电吸收介质的组成
[0001]相关申请
本申请要求2013年7月2日提交名称为“Controlling the Composit1n of Electro-Absorpt1n Media in Optical Devices”的美国临时专利申请序列号61/842，341的权益，其全部内容合并于此。
技术领域
[0002]本发明涉及光学设备，更具体而言，涉及使用电吸收介质的设备。
【背景技术】
[0003]光学和/或光电设备在通信应用中的使用增加。这些设备可包括使用电吸收介质(诸如硅锗(SiGe))的各种部件。这些部件包括诸如调制器和光传感器的部件。用于这些部件中的电吸收介质的组成影响部件的性能。例如，SiGe中的S1:Ge比率可影响调制器的调制波长。但是，这些电吸收介质的组成通常难以控制。当单个设备上的不同部件各自使用具有不同组成的电吸收介质时，更难控制所述组成。因此，需要控制包括在光学设备上的电吸收介质的组成。
【发明内容】
[0004]—种光学设备包括基底上的光学部件。所述光学部件包括在所述部件操作期间光信号被导引通过的电吸收介质。所述装置还包括所述基底上的虚设区域。所述虚设区域包括所述电吸收介质，但所述虚设区域中包括的所述电吸收介质不包括在所述部件中或所述基底上的另一光学部件中。
[0005]形成光学设备包括在设备前体的基底上的各种不同区域中生长电吸收介质。所述区域包括部件区域和虚设区域。虚设区域被选择，从而使包括在所述部件区域中的所述电吸收介质获得特定的化学组成。在所述设备前体上形成光学部件，使得所述光学部件包括来自所述部件区域的所述电吸收介质的至少一部分。在所述部件的操作期间，光信号被导引通过来自所述部件区域的所述电吸收介质。
【附图说明】
[0006]图1A至图1I图示具有经配置的光学调制器的光学设备。调制器包括被配置为在电吸收介质中产生大体水平的电场的场源。图1A至图1I所示的设备将电吸收介质的掺杂区用作场源。图1A是设备的立体图。
[0007]图1B是包括光学调制器的图1A所示的光学设备的一部分的顶视图。
[0008]图1C是沿被标注为C的线截取的图1A所示的设备的剖面。
[0009]图1D是沿被标注为D的线截取的图1A所示的光学设备的剖面。
[0010]图1E是沿被标注为E的线截取的图1A所示的光学设备的剖面。
[0011]图1F是沿被标注为F的线截取的图1A所示的光学设备的剖面。
[0012]图1G是沿被标注为F的线截取的图1A所示的光学设备的剖面。
[0013]图1Η是沿被标注为F的线截取的图1Α所示的光学设备的剖面。图1F、图1G和图1Η所示的实施例是替代性实施例。
[0014]图1I是沿被标注为I的线截取的图1Α所示的光学设备的剖面。剖面穿过被构造在具有根据图1F的结构的波导上的调制器。
[0015]图2Α是可被构造在具有根据图1Η构造的结构的波导上的调制器的实施例的剖面。
[0016]图2Β是可被构造在具有根据图1G构造的结构的波导上的调制器的实施例的剖面。
[0017]图2C是可被构造在具有根据图1F构造的结构的波导上的调制器的实施例的剖面。
[0018]图3Α是图1Β的光学设备的顶视图，其中，所述波导包括水平锥形部分并且不包括竖直锥形部分。
[0019]图3Β是光学设备的另一实施例的顶视图，其中，波导包括竖直锥形部分。
[0020]图4Α和图4Β图示虚设区域的使用。图4Α是设备的顶视图，诸如图1Β所示的设备，但是示出了设备的更多部分。
[0021]图4Β是沿被标注为Β的线截取的图4Α所示的设备的剖面。
[0022 ]图4C和图4D图示包括根据图2Α构造的调制器的图4Α和图4Β的设备。调制器包括位于一个或多个虚设区域之上的一个或多个电导体。图4C是设备的顶视图。
[0023]图4D是沿图4C中被标注为D的线截取的图4C所示的设备的剖面。
[0024]图4Ε和图4F图示包括根据图2Α构造的调制器的图4Α和图4Β的设备。调制器包括一个或多个电导体，但电导体不位于一个或多个虚设区域之上。图4Ε是设备的顶视图。
[0025]图4F是沿图4Ε中被标注为F的线截取的图4Ε所示的设备的剖面。
[0026]图4G是包括多个光学部件的设备的一部分的顶视图。
[0027]图5Α至图14图示具有根据图1Α至图1F和图1I构造的调制器的光学设备的形成方法。
[0028]图15是示出调制波长与调制器中所用的弗朗兹-凯尔迪什效应材料的组成的图表。
[0029]图16是调制波长与在其上生长弗朗兹-凯尔迪什效应材料的局部装置面积的百分比的绘图。
【具体实施方式】
[0030]形成光学设备包括在设备前体的基底上的各个不同区域中生长电吸收介质。所述区域的一部分是虚设区域，并且区域的另一部分是部件区域。诸如调制器的光学部件形成在设备上，使得光学部件包括来自部件区域的电吸收介质的至少一部分。相反，来自虚设区域的电吸收介质不包括在任何光学部件中。例如，在设备上操作光学部件期间，电能不流过虚设区域和/或电能未应用到虚设区域。发明人吃惊地发现虚设区域的特征影响部件区域中电吸收介质的组成。在不受理论限制的情况下，相信这是利用诸如外延生长方法的电吸收介质生长期间的微加载(microloading)的结果。
[0031]由于虚设区域的特征影响部件区域中电吸收介质的组成，因此可调谐这些虚设区域的特征，从而使部件区域中的电吸收介质获得特定组成。此组成可对许多光学部件的性能有显著影响。例如，在将Ge1-xSix(锗-硅)用作电吸收介质的弗朗兹-凯尔迪什调制器中，仅通过将Ge1-xSix中硅的百分比改变约4%，就可使调制波长转变约200nm。因此，控制部件区域中电吸收介质的组成的能力容许控制这些部件的调制波长。
[0032]此外，虚拟区域对部件区域中电吸收介质的组成的影响可被局限在设备上。因此，可在设备上的若干不同位置处控制电吸收介质的组成。例如，不同的虚拟区域可局限于不同部件区域，并且局限于不同部件区域的虚设区域可具有不同的特征。因此，即使同时形成不同部件区域中的电吸收介质，不同部件区域中的电吸收介质的组成也可受控制并且可以不同。
[0033]由于不同部件区域中的电吸收介质可受控制并且可以不同，因此相同类型的部件可形成在设备上，但具有不同的性能特征。例如，用于多个调制器的电吸收介质可同时形成在设备上，并且不同的调制器可形成有不同的调制波长。实验结果显示，具有同时形成的电吸收介质的调制器的调制波长之差可大于50nm、100nm、200nm、甚至300nm。因此，使用虚设区域可不再需要在设备上连续地形成这些部件，提供更高效的制造过程。
[0034]图1A至图1I图示具有包括调制器的波导的光学设备。图1A是设备的立体图。图1B是包括光学调制器的图1A所示的光学设备部分的顶视图。图1C是沿被标注为C的线截取的图1A所示的设备的剖面。图1D是沿被标注为D的线截取的图1A所示的光学设备的剖面。图1E是沿被标注为E的线截取的图1A所示的光学设备的剖面。图1F是沿被标注为F的线截取的图1A所示的光学设备的剖面。图1G是沿被标注为F的线截取的图1A所示的光学设备的剖面。图1H是沿被标注为F的线截取的图1A所示的光学设备的剖面。图1F、图1G和图1H所示的实施例是替代性实施例。图1I是沿被标注为I的线截取的图1A所示的光学设备的剖面。
[0035]装置属于被已知为平面光学设备的光学设备分类中。这些设备通常包括相对于衬底或基底不能移动的一个或多个波导。光信号沿波导的传播方向通常平行于设备平面。设备平面的示例包括基底顶面、基底底面、衬底顶面和/或衬底底面。
[0036]所示设备包括从顶面12延伸至底面14的侧面10(或边缘)。光信号沿平面光学设备上的波导的长度的传播方向通常延伸通过设备的侧面10。设备的顶面12和底面14不是侧面。
[0037]设备包括将光信号运载到光学部件17和/或从光学部件17运载光信号的一个或多个波导16。可包括在设备上的光学部件17的示例包括但不限于从由刻面(光信号通过其进入和/或离开波导)、入/出端口(光信号可通过其从设备上方或下方进入和/或离开波导)、多工器(用于将多个信号结合到单个波导上)、解多工器(用于分离多个光信号，从而使得不同的光信号被不同的波导接收)、光耦合器、光开关、激光器(用作光信号源)、放大器(用于放大光信号的强度)、衰减器(用于衰减光信号的强度)、调制器(用于将信号调制到光信号上)、调制器(其将光信号转化为电信号)、穿孔(其提供光信号穿过设备从设备底面14行进至设备顶面12的光路径)构成的组中选择的一个或多个部件。此外，设备可以可选地包括电气部件。例如，设备可包括用于向波导应用电势或电流和/或用于控制光学设备上的其他部件的电连接结构。
[0038]波导的一部分包括第一结构，在其中，波导16的一部分被限定在位于基底20上的光传输介质18中。例如，波导16的一部分部分地由从光传输介质的板区域向上延伸的脊22限定，如图1C所示。在一些示例中，板区域的顶部由部分地延伸到光传输介质18中或穿过光传输介质18的沟槽24的底部限定。合适的光传输介质包括但不限于硅、聚合物、二氧化硅、SiN、GaAs、InP和LiNb03。一个或多个包层(未不出)可选地位于光传输介质上。一个或多个包层可用作用于波导16和/或用于设备的包层。当光传输介质18是硅时，合适的包层包括但不限于聚合物、二氧化硅、SiN、GaAs、InP和LiNbO3。
[0039]凹口25(图1B)延伸到板区域中，使得脊22位于凹口 25之间。凹口 25可仅部分地延伸到光传输介质18中。如在图1D中显然可见的，凹口 25可与脊22分隔开。因此，波导16的一部分包括第二结构，在其中，波导16的上部部分地由从板区域向上延伸的脊22限定，并且波导的下部部分地由延伸到板区域中并与脊分隔开的凹口 25限定。
[0040]如图1E所示，凹口 25可接近脊22，从而使得脊22的侧面和凹口 25的侧面结合成单个表面26。因此，波导的一部分包括第三结构，在其中，波导部分地由表面26限定。
[0041]如在图1B中显然可见的，波导的一部分包括电吸收介质27。电吸收介质27被配置为从具有第三结构的波导的一部分接收光信号并将接收的光信号传导至具有第三结构的波导的另一部分。
[0042]电吸收介质27从凹口25的底部向上延伸。电吸收介质27被配置为传导光信号。例如，如在图1F中显然可见的，波导的一部分包括第四结构，在其中，波导部分地由电吸收介质27的顶面和侧面限定。
[0043]在图1F中，电吸收介质27位于光传输介质18的种子部分34上。光传输介质18的种子部分34位于基底20上。具体地，光传输介质18的种子部分34接触隔离体28。在一些示例中，当光信号从光传输介质行进到电吸收介质27中时，光信号的一部分进入