专利名称：具有调制功能的多模干涉型光分束器的制作方法
技术领域：
本发明属于光通信和光信息处理领域，具体涉及具有调制功能的多模干涉型光分束器。
背景技术：
由光分束器和光调制器构成的点对点和点对多点连接的多路光调制是光电集成回路中用于信号发送的重要组成部分。光分束器的主要指标有插入损耗和各输出端的功率均匀度等，但在光电集成回路中，器件的插入损耗相对重要。利用多模波导自映像效应制成的多模干涉光分束器具有插入损耗小、结构紧凑、工艺简单、制作容差性好等优点。
光调制器的主要指标有消光比、插入损耗、驱动电压以及调制带宽等。电吸收效应是电吸收调制器的基本工作原理，它定义为存在外电场时半导体材料吸收带边发生红移。在量子阱材料中的电致吸收效应被称为量子约束Stark效应。由于在室温下量子阱材料的激子共振，材料的吸收带边比体材料的吸收带边更尖锐，在反向偏置电场作用下移动更快。这种性质使多量子阱器件更易获得低驱动电压、低插入损耗和高消光比。
在多路光调制回路中，如果采用耦合的方式把电吸收调制器和多模干涉型光分束器连接起来，由于器件之间的光耦合会导致损耗的增加，器件的整体性能下降，不利于集成。有人利用波导再生技术，把分束器和调制器集成在一个基片上，解决了光分束器和调制器之间的耦合问题[1]。但这种方法工艺复杂、费时，而且费用高；也有人直接在弱限制的多模干涉型分束器的波导输出端制作电吸收调制器[2]。这种方法可以克服波导再生技术的缺点，但整个器件结构上还是不够紧凑。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有调制功能的多模干涉型光分束器，具有制作工艺简单，能实现调制功能的特点。
本发明的目的是通过下述具体结构实现的具有调制功能的多模干涉型光分束器的上下两端有正、负电极，中间依次排列有p+型接触层、p掺杂上限制层、本征层、多量子阱波导层、n掺杂下限制层、n+型接触层和半绝缘衬底。采用深蚀刻制作脊型多模波导，波导层厚度为0.2μm、脊型宽10μm，使得波导在横向能够支持三个以上的导模。所述电极为共面波导型(CPW)结构。上限制层和下限制层是具有梯度的掺杂层。
本发明光分束器利用多模干涉的原理实现器件的光分束功能。为了获得小的损耗和高的输出端均匀度，多模干涉型光分束器采用具有强限制性的脊型波导，并且波导在横向能够支持三个以上的导模。
在本发明的光分束器中，多量子阱材料为InGaAsP，InGaAs，InGaAlAs，GaAs或AlGaAs。
本发明同时采用多量子阱结构的脊型波导，利用量子约束Stark效应实现器件的调制功能。电极采用共面波导型(CPW)结构，上、下限制层都具有梯度的掺杂，从而可以很好地把电场施加在多量子阱波导层上，实现高速、低电压调制。由于直接在多模波导区制作电吸收调制器，不存在输入和输出波导；同时，采用入射光对称入射多模波导区，减少了所需要的干涉长度，因此可以大大地减小这种复合功能器件的几何尺寸，最大限度地减少器件制作难度和器件插入损耗，从而也就减少了传输损耗，实现了光分束功能和电吸收调制功能。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明具有调制功能的多模干涉型光分束器的横剖面示意图。
图2是本发明具有调制功能的多模干涉型光分束器的俯视示意图。
图3是本发明具有调制功能的多模干涉型光分束器输出端的光斑分布图。
图4是本发明具有调制功能的多模干涉型光分束器的静态调制图。
图1图2中，光分束器上下两端分别有正、负电极，中间依次排列有p+型接触层、p掺杂上限制层、本征层、GaAs/AlGaAs多量子阱、本征层、n掺杂下限制层、n+型接触层和SI-GaAs衬底。采用深蚀刻制作强限制性脊型多模波导，腐蚀掉波导层两边不必要的外延层，形成台面，PECVD生长SiO2保护层13以保护脊型波导，并且防止正负电极之间的短路。光刻正电极窗口，蒸Au-Zn并金属化，蒸Cr-Au制作上电极引线。光刻负电极窗口，蒸Au-Ge-Ni制作下电极。电极为共面波导型(CPW)结构，如图2所示。
图3中光斑以上部分为空气，光斑以下部分为SI-GaAs衬底。波长为860nm的光从波导层的中心对称入射到多模波导，图3(a)和(b)分别对应的是器件结构相同、波导长度分别为275μm和415μm时的分束情况。对长度为275μm的器件施加调制3-V直流偏压，即可实现光分束器的光分束以及调制功能，如图4所示。
从图3可以看出，不同的波导长度实现了不同的分光效果，对于长度为275μm的光分束器，实现了1×3的分束功能。
从图4可以看出，器件的静态调制深度达90％以上。另外，用K值法理论计算该器件的3dB带宽可达100GHz以上。
权利要求
1.一种具有调制功能的多模干涉型光分束器，其特征是该光分束器的上下两端有正电极(11)和负电极(12)，中间依次由p+型接触层(10)、p掺杂上限制层(9)和(8)、本征层(7)和(5)、多量子阱波导层(6)、n掺杂下限制层(4)和(3)、n+型接触层(2)和半绝缘衬底(1)构成。
2.根据权利要求1所述的具有调制功能的多模干涉型光分束器，其特征在于p+型接触层(10)和n+型接触层(2)是具有重掺杂层。
3.根据权利要求1所述的具有调制功能的多模干涉型光分束器，其特征在于上限制层(9)、(8)和下限制层(4)、(3)是具有梯度的掺杂层。
4.根据权利要求1所述的具有调制功能的多模干涉型光分束器，其特征在于采用深刻蚀的方法制作具有强限制性的脊型多模波导。
5.根据权利要求1所述的具有调制功能的多模干涉型光分束器，其特征在于直接在脊型多模波导区制作电吸收调制器。
6.根据权利要求1或5所述的具有调制功能的多模干涉型光分束器，其特征在于所述电吸收调制器的电极(11)和(12)是采用共面波导型结构。
全文摘要
本发明涉及一种用于光通信和光信息处理的、具有调制功能的多模干涉型光分束器，包括正负电极、p型接触层、上限制层、本征层、多量子阱波导层、本征层、下限制层、n型接触层、半绝缘衬底。器件采用多模、深刻蚀的多量子阱脊型波导，选取不同的干涉长度，实现不同的分光情况；直接在多模脊型波导上制作电吸收调制器。调制器电极采用共面波导型(CPW)结构，由于上、下限制层都具有梯度的掺杂，从而可以很好地把电场施加在多量子阱波导层，实现高速、低电压调制。这种复合功能器件由于不存在输入和输出波导，可以最大限度地减少器件制作难度和器件插入损耗。
文档编号G02B6/10GK1624501SQ20041007736
公开日2005年6月8日 申请日期2004年12月17日 优先权日2004年12月17日
发明者刘叶新, 陈晓文, 林位株, 赖天树 申请人:中山大学