[发明专利]包括石墨烯的光学调制器

说明书

技术领域

一些示例实施例涉及包括石墨烯的电吸收光学调制器。

背景技术

光学调制器是通过改变光的特性，例如，通过改变光的光强或者相位而传输信息的装置。光学调制器可以根据由施加到光从其通过的光波导（例如，半导体材料的光波导）的电流或者电压引起的电折射（electro-refraction）或者电吸收（electro-absorption）的改变而工作。

在施加偏置电压到光波导后，由于弗朗兹-凯尔迪什效应（Franz Keldysheffect），电吸收光学调制器基于由带隙尺寸的改变引起的光吸收率的变化而工作。

在大多数常规光学调制器中，对于一定波长的光，光的特性是改变的，因此，光学调制器的操作带宽是窄的，也就是，约20nm或更小。另外，由于阻容（RC）延迟而难以制造相对高速的光学调制器。另外，因为光波导的每单位长度的调制深度相对较小，所以为了充分地进行光调制会增加光学调制器的尺寸。

石墨烯是一种具有二维六方碳结构的材料。可以用石墨烯来代替半导体，且石墨烯在室温下具有约200,000cm2/Vs的载流子迁移率，这是硅的载流子迁移率的一百倍，因此可以用于更高速的操作器件，例如，用于光学调制器中。

发明内容

一些示例实施例提供包括石墨烯的光学调制器，该光学调制器具有更深的调制深度、较小的尺寸和/或高的操作速度。

附加的方面将在以下描述中被部分阐述，且根据以下的描述将部分显而易见，或者可以通过所给出的实施例的实践而知悉。

根据示例实施例，光学调制器包括：第一石墨烯和第二石墨烯，在半导体层的上表面上；第一电极，在第一石墨烯上；以及第二电极，在第二石墨烯上。第一石墨烯和第二石墨烯各自的侧表面彼此分离。

第一石墨烯和第二石墨烯的至少之一可以具有弯曲结构，以覆盖包括在半导体层中的第一脊部的上表面和侧表面。

光学调制器还可以包括：第一绝缘层，在半导体层和第一石墨烯之间；以及第二绝缘层，在第一石墨烯和第二石墨烯之间。

第一绝缘层和第二绝缘层的每个可以包括硅氧化物、铝氧化物、硅氮化物、硼氮化物和六方硼氮化物之一。第二绝缘层可以形成至约1nm到约100nm的厚度。

半导体层可以包括第一脊部，第二脊部可以在第二石墨烯上且可以被构造成面对第一脊部。光学调制器还可以包括在第二石墨烯和第二脊部之间的第三绝缘层。半导体层可以包括硅、锗、III-V族半导体和II-IV族半导体之

半导体层的第一脊部和第二脊部可以构成光波导，且第一石墨烯和第二石墨烯在垂直于半导体层的方向上可以形成在光波导的中心部分上。

第一脊部可以是外延生长硅层，第二脊部可以是多晶硅层和非晶硅层之一。第一石墨烯和第二石墨烯的每个可以是单层石墨烯和双层石墨烯之一。

根据另一示例实施例，光学调制器包括：第一石墨烯和第二石墨烯，在半导体层的上表面上；第一电极，在第一石墨烯上；以及第二电极，在第二石墨烯上。第一石墨烯和第二石墨烯具有平行于半导体层的底表面的平面结构，且第一石墨烯和第二石墨烯各自的侧表面彼此分离。

根据另一示例实施例，光学调制器包括：第一石墨烯和第二石墨烯，在半导体层的上表面上；第一电极，在第一石墨烯上；以及第二电极，在第二石墨烯上。第一石墨烯的侧表面和第二石墨烯的侧表面在平行于半导体层的底表面的方向上彼此分离第一间隙。

第一石墨烯和第二石墨烯的至少之一可以具有弯曲结构，以覆盖包括在半导体层中的第一脊部的上表面和侧表面。第一间隙可以为约1nm到约100nm。

根据另一示例实施例，光学调制器包括：第一石墨烯和第二石墨烯，在半导体层的上表面上；第一电极，在第一石墨烯上；以及第二电极，在第二石墨烯上。第一石墨烯和第二石墨烯具有平行于半导体层的底表面的平面结构，且第一石墨烯的侧表面和第二石墨烯的侧表面在平行于半导体层的底表面的方向上彼此分离第一间隙。

附图说明

通过结合附图对实施例的以下描述，这些和/或其他方面将变得明显且更容易理解，附图中：

图1是根据示例实施例的光学调制器的透视图；

图2是沿着图1的线II-II'剖取的光学调制器的截面图；

图3是示出电压施加到图1的光学调制器时的光强的图；

图4是根据另一示例实施例的光学调制器的示意性截面图；

图5是根据另一示例实施例的光学调制器的示意性截面图；以及

图6是根据另一示例实施例的光学调制器的示意性截面图。