[发明专利]半导体光学器件

说明书

技术领域

本文讨论的实施例涉及一种半导体光学器件。

背景技术

近些年来，在SOI（绝缘体上硅）衬底上形成的半导体光学器件受到了关注。该半导体光学器件包括：第一包覆层；第二包覆层；以及夹设于第一包覆层和第二包覆层之间的光波导层。该光波导层包括：i型芯（core）；n型平板部，其比芯薄且布置在其一侧；以及p型平板部，比芯薄且布置在芯的与n型平板层相对的一侧。

这样，在SOI衬底上形成的半导体光学器件是包括p-i-n同质结的光波导器件（在下文中，称为同质结光波导器件）（例如，参考日本特开专利公开2004-325914；L.Naval，R.Jalali，L.Gomelsky，以及J.M.Liu，“运行于1.3um的Si1-xGex/Si波导光检测器的优化”，光波技术杂志，Vol.14，pp.787-797，1996；以及Chris G.Van de Walle和Richard M.Martin，“Si/Ge系统中的异质结不连续的理论计算”，Vol.34，pp.5621-5633，1986）。

当电压被施加到同质结光波导器件的p型平板部与n型平板部之间时，载流子被注入到i型芯中。这导致芯的折射率和损耗系数产生变化。因此，通过改变p型平板部与n型平板部之间施加的电压，可以改变在芯中传播的光（在下文中称为传播光）的相位以及光强。

然而，由于p-i-n同质结中不存在将注入的载流子保持在结部内的势垒，因而难以在结部中获得较高的载流子密度。为了解决该问题，在同质结光波导器件中，通过将大量电流注入到p-i-n同质结中来将传播光的相位或强度改变为期望值。可替代地，通过延长器件长度来将传播光的相位或强度改变为期望值。结果是，同质结光波导器件中存在功率消耗变大或器件长度变长的问题。

发明内容

因此，实施例的一个方案的目的是解决上述问题。

根据实施例的方案，一种半导体光学器件包括：第一包覆层、第二包覆层以及夹设于第一包覆层和第二包覆层之间的光波导层；其中该光波导层包括：第一半导体层；第二半导体层，布置在第一半导体层上且沿一个方向延伸；以及第三半导体层，覆盖第二半导体层的顶表面；以及其中该第一半导体层包括：n型区域，布置在第二半导体层的一侧；p型区域，布置在第二半导体层的另一侧；以及i型区域，布置在n型区域与p型区域之间；以及其中第二半导体层的带隙比第一半导体层和第三半导体层的带隙窄。

根据实施例的另一个方案，一种半导体光学器件包括：第一包覆层、第二包覆层以及夹设于所述第一包覆层与所述第二包覆层之间的光波导层；其中所述光波导层包括：第一半导体层；第二半导体层，布置在所述第一半导体层上且沿一个方向延伸；以及第三半导体层，覆盖所述第二半导体层的顶表面；以及其中所述第一半导体层包括：n型区域以及接触所述n型区域且与所述n型区域之间具有沿着所述一个方向延伸的边界的p型区域；以及其中所述第二半导体层被布置在所述边界上，并且带隙比所述第一半导体层和所述第三半导体层的带隙窄。

采用本申请实施例的上述方案，可以减少半导体光学器件的功率消耗或缩短器件长度。

附图说明

图1为移相器部1的平面图；

图2为沿图1中描绘的线II-II的剖视图；

图3为使用硅芯（silicon core）的移相器部的剖视图；

图4为沿图3中描绘的线IV-IV的能带图；

图5为沿图2中描绘的线V-V的能带图；

图6为描述移相器部中的功率消耗密度与第二半导体层中的载流子密度之间的关系的示意图；

图7为根据第1实施例的MZ光开关的平面图；

图8为描绘第一移相器部和第二移相器部的长度L与用于切断输出光（第一耦合光）的功率消耗之间的关系的示意图；

图9为描绘第1实施例的变形实例的示意图；

图10为描绘在Si衬底上生长的Si_1-xGe_x层的入射光能与光吸收系数之间的关系的示意图；

图11A-图11C为示出根据第1实施例的MZ光开关的制造方法的工艺剖视图；

图12A-图12C为示出根据第1实施例的MZ光开关的制造方法的工艺剖视图；

图13A-图13C为示出根据第1实施例的MZ光开关的制造方法的工艺剖视图；

图14为通过过蚀刻（over-etching）形成的移相器部的剖视图；

图15为示出移相器部的变形实例的剖视图；