使用半导体的光器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用半导体的光器件(optical device)，更具体来讲，涉及一种利用娃材料的反射器，进而能按第一波导(waveguide)或第二波导选择性传送光或光信号的光器件。
【背景技术】
[0002]建议了一种通过控制小角度的反射而调制光信号的光调制器和变换(switching)光通路的光变换器结构(韩国公开专利第10-2010-0066834号，以下“现有发明I”)。但现有发明I中只揭示了使光反射或折射的反射器(reflector)的基本结构，并未揭示基于用于半导体芯片等中的信号传送之半导体器件的结构。
[0003]并且，现有发明也大多数建议了在其他半导体中使用最多的硅中用于折射率控制的p-n结(p-n junct1n)和波导结构(美国授权专利第7，116，853号，美国授权专利第7，751，654号，美国公开专利第2011/0058764号)。这些现有发明的结构以波导内进行的光的速度控制即控制光波的相位(phase)为目的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要提供一种使用半导体的光器件，其基于具有p-n结结构和波导结构的半导体硅而能达成光的折射或反射控制。
[0005]并且，本发明的目的是提供一种使用半导体的光器件，其通过使用反射或折射的控制能直接调制光的振幅(amplitude)。
[0006]根据本发明优选实施例的光器件，包括:第一波导，入射光信号，且按与入射的光信号相同的方向而形成；第二波导，从所述第一波导起形成一定角度；和反射器，根据施加的电压而变化折射率，进而可按所述第一波导或第二波导选择光信号的通路，且与所述第一波导形成一定角度的倾斜角，其中，所述反射器是掺杂P型或η型杂质的半导体器件。
[0007]具体来讲，优选地，所述反射器包括:第一界面，与所述第一波导至少一部分相接，从而使所述光信号进入；和第二界面，与所述第一波导至少一部分相接，从而使所述光信号传出，为了形成用于所述反射器的电控制的电极，进一步掺杂η+型和ρ+型杂质。在此，优选地，η+型和ρ+型意味着相比η型和ρ型其杂质浓度更高，且η+型掺杂区域与η型掺杂区域相临近，且P+型掺杂区域与P型掺杂区域相临近。
[0008]本发明的反射器包括:下部覆层，形成在硅基板上；波导层，形成在所述下部覆层上；第一杂质层，形成在所述波导层的一端；第二杂质层，形成在所述波导层的另一端；上部覆层，形成在所述波导层上；第一电极，贯通所述上部覆层而形成在所述第一杂质层上；第二电极，贯通所述上部覆层而形成在所述第二杂质层上。所述第一杂质层和所述第二杂质层分别是P+型杂质层或η+型杂质层中的任意一个。
[0009]具体来讲，所述波导层的竖直方向的剖面包括:第一波导层，沿第一长度的横边和第二长度的纵边而形成；第二波导层，位于所述第一波导层上，沿第三长度的横边和第四长度的纵边而形成，所述第一长度长于所述第三长度。
[0010]根据使用本发明优选实施例的半导体的光器件，基于具有P-n结结构和波导结构的半导体硅能达成光的折射或反射控制。
[0011]并且，根据使用本发明半导体的光器件，通过使用反射或折射的控制能直接调制光的振幅(amplitude)。
【附图说明】
[0012]图1是根据本发明反射器30的第一动作模式的光通路控制方法的说明图。
[0013]图2是根据本发明反射器30的第二动作模式的光通路控制方法的说明图。
[0014]图3a至图3h是根据本发明第一实施例的光器件的结构图和动作说明图。
[0015]图4a至图4h是根据本发明第二实施例的光器件的结构图和动作说明图。
[0016]图5a至图5h是根据本发明第三实施例的光器件的结构图和动作说明图。
[0017]图6a至图6h是根据本发明第四实施例的光器件的结构图和动作说明图。
[0018]图7a至图7h是根据本发明第五实施例的光器件的结构图和动作说明图。
[0019]图8a至图Sc是根据本发明第六实施例的光器件的结构图和动作说明图。
[0020]图9a至图9h是根据本发明第七实施例的光器件的结构图和动作说明图。
[0021]图1Oa至图1Of是根据本发明第八实施例的光器件的结构图和动作说明图。
[0022]图1la和图1lb是适用于本发明第一实施例至第八实施例的波导、覆层(clad)的结构和电极配置相关的示例图。
【具体实施方式】
[0023]以下，参考附图对根据本发明实施例之使用半导体的光器件进行详细说明。
[0024]本发明的下述实施例只是用于具体化本发明而不是限制或限定本发明的权利范围。本发明所属技术领域的技术人员从本发明的详细说明和实施例中能很容易得推理出本发明应被认为是属于本发明的权利范围。
[0025]娃半导体中的折射率变化具有克尔电光效应(electro-optic Kerr effect)、非线性光学克尔效应(nonlinear optical Kerr effect)、弗朗兹-凯尔迪什效应(Franz-Keldysh effect)、等离子色散效应(plasma dispers1n effect)(又称:载流子注入或耗尽效应；carrier inject1n or deplet1n effect)、热光效应(thermo-opticeffect)等。其中可按p-n型掺杂(doping)和电场(electric field)提供的等离子色散效应由于折射率变化效果相对较大且控制速度高，因此使用最多。当在p-n型掺杂结构中施加电场时虽然也部分地包括弗朗兹-凯尔迪什效应和克尔电光效应，但由于等离子色散效应占主导地位，因此将以等离子色散效应为主来说明本发明的效果。
[0026]本发明根据硅半导体中因载流子(carrier)的折射率变化的趋势而说明本说明的功能，但本发明揭示的结构和方法并不局限于硅半导体，也可适用于其他半导体材料。
[0027]根据娃半导体中的等离子分散效果，当注入电子(electron)或空穴(hole)时，两种情况相比本征状态(intrinsic state)其折射率全部降低。本发明考虑这种折射率变化效果而揭示了用于使光反射或折射的P-n结结构和电流注入方法。
[0028]根据本发明优选实施例的光器件包括:第一波导10，入射光信号且按与入射的光信号相同方向对齐而形成；第二波导20，从第一波导10起形成预定角度；以及反射器30，配置于从第一波导10起第二波导20分支的区域中且根据施加的电压使折射率变化。即，本发明的反射器30作为掺杂ρ型或η型杂质的半导体器件，根据施加的电压而变化折射率，从而可按第一波导10或第二波导20选择光信号的通路。
[0029]具体来讲，反射器30的特征在于包括:第一界面，与第一波导10至少部分相接且接收光信号；和第二界面，与第一波导10至少部分相接且发送光信号，且掺杂η型和P型杂质。优选地，施加于反射器30的电压，通过在与掺杂η型和ρ型杂质的区域分别相邻的地方形成η+型和P+型杂质掺杂区域以及在形成在η+型和P+型区域上的电极而施加。当η型和P型杂质的浓度足够高时，施加于反射器30的电压可通过形成于η型和ρ型区域上的电极而施加。在此，本发明的说明中使用的η+型和P+型意味着相比η型和ρ型其杂质掺杂浓度更高。
[0030]本发明的第一波导10可是光直线穿过的主波导(main waveguide)，第二波导20可是光沿小角度偏离的分支波导(branch waveguide)。
[0031]在此，本发明中的小角度的含义如下。
[0032]当为硅半导体材料时，若掺杂ρ型或η型杂质，因电子和空穴的载流子，折射率相比本征状态而降低。其结果是，在受体(acceptor)和供体(donor)的浓度为5xl017至IxlO2ci的范围中理论上的折射率相比本征状态的硅(η $4*3.5)降低5xl(T4至IxKT1程度。即，掺杂状态的折射率和本征状态的折射率差异为Λ η = !^-巧在-0.0005至-0.1范围，且00015至-0.03范围。在该范围中临界角为1°至15。范围。在其他材料中因电场或掺杂而引起的折射率变化也并不较大得超过上述折射率变化范围。考虑到在一般使用的材料中也能通过电场而获得的折射率变化范围，临界角可减小至20°以内的范围。因此，在本发明中小角度的反射意味着根据折射率变化能实际获得的全部反射的20°以内范围中的反射，但其并不局限于此。
[0033]本发明的光器件根据