[发明专利]基于多层PN结的移相器及其制造和使用方法

说明书

本发明揭露了一种光移相器及其制造方法。移相器包括基片，设置在基片上的p型掺杂电极和n型掺杂电极，设置在p型掺杂电极或n型掺杂电极上且与另一个电极电连接的第一掺杂半导体层，利用一个电极电连接第二掺杂半导体层的第一竖向区域，和覆层，其设置在第二半导体层，第一竖向区域，和至少第一和第二半导体层中每一个的第一侧壁上或上方。P型掺杂电极和n型掺杂电极在其间接口上构成pn结。第一和第二掺杂半导体分别具有与所述另一个电极和所述一个电极相同的掺杂类型。

技术领域

本发明涉及光电领域，特别是用于光调制器，光或光电发射器和接收器，光网络和光通信设备的光移相器。

技术背景

光或光电收发器(通常可统称为“光收发器”)将电信号转换为光信号且将光信号转换为电信号。光收发器看包括光接收和光发射子器件，功能电路，及电和光接口，而且是光纤通信系统和数据存储网络中重要组件。

光发射子器件(TOSA)可包含激光二极管，用于输出持续光束。持续光束被调制用于携带数据信号。一种调制光束的方式是调制光源(比如，激光二极管)的驱动电流。由于与外部调制相反(比如，由于通过光调制器执行)，这种调制类型被称为直调。

在光纤通信中，发射窄线宽光的激光二极管较常见。但是，由于当对激光器供电和断电时可能出现高带宽“啁啾”，此类激光二极管的直调可能不理想。

外部调制器可以是电或光的。根据被调制的光束的参数，光调制器看分为调幅器，调相器，或偏振调制器，等其他类型。相位调制(PM)是对载波瞬时相位变化信息进行编码的调制模式。某些调相器可通过向持续光束施加射频(RF)信号对持续光束进行调制。载波信号的相位根据发送到RF信号源的电调制信号电压水平(振幅)变化进行调制。虽然载波信号的峰值振幅和频率保持恒定，但由于电信息信号的振幅变化，载波的相位也相应变化。引起π相位变化的电压称作半波电压。

相位调制器还可通过采用马赫-曾德尔干涉仪作为调幅器。在马赫-曾德尔干涉仪中，分光镜将激光分为两路，其至少一路具有文中所述的相位调制器。光束随后在至少一路光束调制后再次被合并在一起。改变相位调制路径上的电场决定了两路光束是否在输出相消或相长干涉，从而控制调制光的振幅或强度。此装置还叫做马赫-曾德尔调制器。

相位调制器看包含多个波导和连接到一个或多个光耦合器的移相器。移相器内的波导看包含结，所述结一边有p型掺杂区域而另一边有n型掺杂区域，这样p型和n型掺杂区域间折射率差异使光信号以最小能量损耗在理想方向传播。在美国专利9,470,914和9,343,638，美国专利申请2018/0143464等文献中可找到此类移相器的例子。

图1A所示为常规移相器100的刨面图。常规移相器100看包含基片层110，第一绝缘体层120，包括p型掺杂区域132和p型掺杂电极134的p型掺杂半导体130，包括n型掺杂区域142和n型掺杂电极144的n型掺杂半导体140，和第二绝缘体层150。将电场(比如，RF信号)施加到整个端子V+和V-，来改变通过移相器100的光信号的相位。

图1B所示为相同常规移相器的俯视图。当向移相器施加电压时，P形掺杂和n型掺杂电极132和142用于注入载波。P形掺杂和n型掺杂区域134和144在肋部160中构成pn结。肋部160对应图1A中p型掺杂区域132和n型掺杂区域134。Pn结165在p型掺杂半导体130和n型掺杂半导体140之间的接口处成形。绝缘体层120和150具有比p型掺杂区域132和n型掺杂区域142更低的折射率，且用作波导包覆在移相器100外部。