[发明专利]具有行波电极结构的光电子器件及行波电极结构

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种具有行波电极结构的光电子器件及行波电极结构。

背景技术

高速光电子器件是高速光通信系统的核心，光电子器件的频率响应特性直接决定了系统的信号传输速度。通过对光电子器件的驱动电极结构进行优化设计可以有效地增强光电子器件的频率响应。

在半导体电吸收光调制器等光电子器件设计中最常见的电极结构是集总型电极，其结构可以如图1所示。在集总型电极结构中，光波导结构包括图1中的p，i，n层，信号电极如图1中顶部薄片所示，地电极接地，其如图1中两侧的薄片所示，光传输如图1中的箭头所示。微波信号施加在所述信号电极的中部，具体为光传输方向上信号电极的中部(如图1中的微波信号的信号源所示)，因此微波信号在光波导两端位置的反射很大。集总型电极结构的等效电路模型为串联型的RC电路，可以如图2所示，其中电容C为器件p-i-n结构的结电容，R为p层和n层半导体材料总的串联电阻。

使用集总型电极结构的器件，其与频率响应对应的工作带宽受到RC时间常数的限制。为了得到更大的工作带宽，只有减小器件的尺寸。所以，为了达到系统对半导体电吸收光电子器件工作带宽的要求，应用集总型电极结构的光电子器件通常具有比较小的等效长度，也就是较小的器件尺寸，但这同时也带来了器件的驱动电压增加等问题。

为了突破集总型电极结构对器件性能的限制，具体包括上述提到的工作带宽受RC常数限制和较小的等效长度带来的驱动电压增加的问题，现有技术中提出了一种具有行波电极结构的光电子器件，其结构可以如图3所示。信号激励源(excitation)加在图3中的顶部薄片电极的一端，该信号激励源中包括直流偏置电压和微波信号的叠加，亦即其中包括微波信号传输。地电极如图3中两侧的薄片所示，光传输如图3中的箭头所示。图4示出了该具有行波电极结构的光电子器件的工作原理图。如图3和图4中所示，在行波电极结构中，信号激励源发出的微波信号被施加在信号电极的输入端，信号电极的输入端与光波导的输入端位置相同，微波信号在传输线电极中传播，其传输方向与光信号在光波导中的传播方向相同。在光波导的输出端，微波传输线电极与匹配负载Z_L(即图3中的匹配负载Termination)相连。在微波信号传输方向上的每一小段长度内，器件的并联电容被串联电感所补偿，从而共同作用形成一段具有一定特征阻抗的微波传输线。图5示出了采用行波电极结构的光电子器件的等效电路，每一小段长度内所述并联电容和串联电感可以等效为图5中的串联阻抗Z_S和并联导纳Y_P共同组成的一个双口网络，而器件整体的等效电路为所述一系列双口网络串联而成。在微波信号传输方向上的每一小段长度内，器件的并联电容被串联电感所补偿，从而共同作用形成一段具有一定特征阻抗的微波传输线，进一步降低驱动电压。

在对现有技术的研究和实践过程中，发明人发现现有技术中存在以下问题：

本领域技术人员知道，现行的微波系统中标准器件特征阻抗是50Ω。已有的大量研究结果显示了使用行波电极结构的半导体光电子器件的特征阻抗通常比较小，其典型值处于15Ω到25Ω之间，这与微波系统中标准的50Ω阻抗相差较大，器件与微波信号源之间就会存在严重的微波反射，因此器件特征阻抗与系统标准阻抗之间的不匹配导致器件高速性能较差。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种具有行波电极结构的光电子器件及行波电极结构，以克服现有技术中器件特征阻抗与系统标准阻抗之间的不匹配导致的器件高速性能差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种具有行波电极结构的光电子器件及行波电极结构如下面描述：

一种包含行波电极结构的光电子器件，所述行波电极由光波导结构之上的行波电极和偏离光波导结构之上的行波电极组成，通过所述光波导结构之上的行波电极和偏离光波导结构之上的行波电极的组合使得所述光电子器件的特征阻抗与标准阻抗之差小于预设值。

一种行波电极结构，所述行波电极由在光波导结构之上的行波电极和偏离光波导结构之上的行波电极组成，通过所述光波导结构之上的行波电极和偏离光波导结构之上的行波电极的组合使得所述行波电极的等效特征阻抗与标准阻抗之差小于预设值。