[发明专利]介质光波导器件

说明书

本发明一般地涉及一种介质光波导器件，更具体地涉及一种经改进的旨在使这种介质光波导器件具有高度可靠性和长使用寿命的技术。

光波导器件属于一种象光调制器之类的光学器件。这种光波导器件有其优点：从结构上看，容易减小其尺寸和重量；并且能够用平面型技术或类似技术成批生产。尤其是，其中一种铁电光波导器件，能够按照所加电压来控制折射率，从而被用于各式各样的光学器件。这种铁电介质光波导器件含有一个由铁电晶体形成的基片；一个在该基片中由金属或金属氧化物热扩散形成的光波导管；和一对安置在基片上的金属电极。

举例来说，一个常规的介质光波导器件含有一个由铁电晶体形成的基片；一个在基片部分表面上由金属或金属氧化物热扩散形成的光波导管；一个在借以形成光波导管的基片的表面上形成的绝缘缓冲层；一个在该缓冲层上形成的半导体薄膜；和一对在该半导体薄膜上彼此间以间隔关系安置的金属电极。

为什么在基片上形成绝缘缓冲层的理由是减少电极的光吸收；为什么在半导体薄膜上安置电极的理由是为了避免由温度变化所致的热电效应产生的电荷在电极下面的聚集。从可制造性、稳定性等来看，半导体薄膜由硅(Si)制成；电极由金(Au)制成。

然而，对常规介质光波导器件来说，在硅半导体薄膜或类似薄膜到金电极或类似电极的接合部位，会发生固相合金化反应。在硅与金之间发生固相合金化反应的情况下，生成硅化金。这个反应随着时间的推移而继续进行下去，最终引起该对电极短路的问题。尤其是，温度越高，固相合金化反应进程就越快，使上述问题变得更严重。

一般说来，固相合金化反应是一种发生在一种金属固体和另一种同它接合的固体之间的化学变化；即一种金属固体的金属分子或原子经扩散进入同它接合的固体中，从而使合金化继续发展的反应。一般说来，温度越高，发展速度就越快。

因此，本发明之目的在于提供一种能够抑制电极间短路，从而取得高度可靠性和长使用寿命效果的介质光波导器件。

根据本发明第一种情况提供的介质光波导器件含有一个借以形成光波导的电介质基片；一个在所述基片上形成的绝缘缓冲层；一个在所述缓冲层上形成的半导体薄膜；一对旨在与所述基片中形成的所述光波导管相配而彼此间以间隔关系安置的金属电极；和一个置于所述半导薄膜与所述电极之间的绝缘扩散抑制层。

可以在半导体薄膜上均匀地形成扩散抑制层，以覆盖该对电极间的区域。另一方面，也可以用一对彼此间隔开的扩散抑制层，以完全与该对电极相对应的方式，来形成该扩散抑制层。

基片可由铌酸锂(LiNbO₃)制成；半导体薄膜可由硅(Si)制成；电极可由金(Au)制成；缓冲层和扩散抑制层可由二氧化硅(SiO₂)制成。扩散抑制层的厚度最好选定小于缓冲层的厚度。

根据本发明第二种情况提供的介质光波导器件含有一个借以形成光波导管的电介质基片；一个在所述基片上形成的绝缘缓冲层；一个在所述缓冲层上形成的半导体薄膜；一对旨在与所述基片中形成的所述光波导管相对应而彼此间以间隔关系安置的金属电极；和一对旨在置于所述半导体薄膜与所述电极之间而制成的、和旨在完全与所述电极相对应而彼此间隔开的扩散抑制层。所述扩散抑制层由金属制成，该金属在与所述半导体薄膜发生固相合金化反应时的扩散常数，小于在所述电极和所述半导体薄膜之间发生固相合金化反应时的扩散常数。

发生固相合金化反应时的扩散常数是一个表示金属在它与其接合基体之间发生固相反应时的扩散程度的数值。

基片可由铌酸锂(LiNbO₃)制成；半导体薄膜可由硅(Si)制成；电极可由金(Au)制成；扩散抑制层可由下列一种金属或该种金属的合金制成：铝(Al)，钛(Ti)，铬(Cr)，镍(Ni)，铜(Cu)，锌(Zn)，镓(Ga)，锗(Ge)，银(Ag)，铟(In)，和铂(Pt)。

根据本发明第三种情况提供的介质光波导器件含有一个借以形成光波导管的电介质基片；一对旨在与所述基片中形成的光波导管相配而彼此间以间隔关系安置的金属电极；一个置于所述基片与所述电极之间的主层，所述主层有一个形成在与介于所述电极对之间的区域相对应的一个区段中的主半导体区段，以便在长度上沿所述电极对置区段延伸，和一个为了包围所述主半导体区段而制成的主绝缘区段；一个置于所述主层与所述电极之间的次层，所述次层有一个为了与所述主半导体区段大体上相对应而制成的次绝缘区段，和一个为了包围所述次绝缘区段和为了与所述主半导体区段的周围区段相接合而制成的次半导体区段。