专利名称：耐潮电光器件的制作方法
耐潮电光器件对相关申请的交叉引用〖01]本发明主张于2007年1月12日提交的60/884,653号美国临时专利申请的优先权， 通过参考将其结合入本申请中。技术领域
概括讲，本发明涉及电光器件，具体而言，本发明涉及用于光纤通信的电光器件。 发明背景
在光纤通信系统中电光器件经常用于控制光信号。通常，所述电光器件包括至少 一个由电光材料制成或在电光材料中生成的光波导。当电光材料中产生电场时，光波 导的折射率发生改变，并且在其中传播的光信号发生改变。 一些应用于通信系统中的 常用电光器件的例子包括光调制器、光开关、光耦合器等。
Mach-Zehnder (MZ)光调制器是电光器件中的一个尤其成功的例子。参见图la, 图中所示为Mach-Zehnder光调制器的一种实施方式，所述Mach-Zehnder光调制器具有 在电光基片10上生成的光波导20。光波导20包括第一Y分支22、第一干涉仪臂24、 第二干涉仪臂26和第二 Y分支28。在光波导20附近或相邻处有一个电极结构(图la 中未示出)，用于在一个或两个干涉仪臂24/26中产生电场。例如按照本领域技术人员 所熟知的配置，所述电极结构包括一个信号电极(也常称为热电极)和两个地电极，两 个地电极的配置用以在笫一干涉仪臂24和第二干涉仪臂26中产生方向相反的电场。通 常，电极结构由具备高导电性的金属制成，如金(Au)。相对于光波导20的电极的准 确位置和设计通常取决于基片。例如，如果基片由X向切割的铌酸锂(LiNb03 )制成， 则信号电极40通常基本位于干涉仪臂24/26之间基片的上方，而地电极42/44位于干涉 仪臂24/26外部基片的上方(如图lb中所示)。与此相比，如果基片是由Z向切割的 LiNb03制成，则信号电极40通常基本位于一个干涉仪臂26的上方，而地电极42则基本上位于另一个干涉仪臂24上方(如图lc所示)。在每一种情形中，地电极42、 44 通常均接地，而信号电极40则连接至高频电源。
参见图ld,图中示出了 Z向切割型LiNb03调制器IOO的实施方式，其中信号电极 140的一端连接至高频电源145，其另一端连接至终端电阻，以便作为行波电极。在操 作时，光信号从器件100的左侧输入，通过光波导120传输，直至在第一 Y分支122 处分开，然后沿对应于两个干涉仪臂124/126的两个相互隔离的路径内均等传播。与此 同时，由高频电源145发出的RF数据信号经射频传输线147 (如同轴电缆)传输至信 号电极140，其中信号电极140作为微波传输线。当在信号电极140与地电极142和144 之间施加调制电压时，底层电光基片110中产生电场。如图le所示，第一千涉仪臂124 和第二干涉仪臂126的垂向电场线方向相反，使得在每个臂中传播的光相互间以推挽方 式形成互补的相移。根据电光效应，电场改变干涉仪臂内的折射率，使输入光信号在 第二Y分支128处发生相长或相消干涉。通过干涉形成一个调幅光信号，从器件的右侧 输出，其中调制根据原始射频数据信号进行。
值得注意的是，由于LiNb03晶体的Z轴的电光系数最高，Z向切割型LiNb03调 制器会呈现相对较高的调制效率。然而问题在于正如人们所了解的，Z向切割型 LiNb03调制器中电荷累积的问题也更为严重，可能导致诸如温度感应偏压漂移和/或直 流漂移。
温度感应偏压漂移是指调制器的工作(偏压)点随温度变化而变化。对于LiNb03 材料，温度感应偏压漂移通常由热电效应引起，所迷热电效应是指当基片内发生温度 波动时会产生移动电荷。移动电荷会形成强电场，使得电光调制器的工作(偏压)点改 变。此外，由Z向切割型LiNb03中的热电效应所感生出的电场基本垂直于基片，移动 电荷会移向基片的表面，而基片的表面正是电极140、 142、 144所在之处。因此，在Z 向切割型LiNb03的表面附近通常需要一个渗漏层160,以消散累积的电荷。可以作为 选择的是，采用额外的渗漏层(未示出)来消散处于基片侧面或底部的电荷。通常，渗 漏层160将由半导电材料制成，以防止具有高导电性的电极140/142/144短路。
直流漂移是指当对调制器施加低频电压或直流电压延长时间周期时调制器的工作 (偏压)点的变化。通常，需要用低频电压或直流电压来控制调制器的工作(偏压)点 (即调制射频信号完成摆动的点)。例如参照图ld所述的实施方式，射频数据信号对应于调制信号，所述调制信号包含一个叠加在直流分量或低频分量上的射频分量。
直流漂移也称为偏压漂移，当调制器在基片110与信号电极140之间布置有緩冲层 150时直流漂移的问题尤其突出。如果緩沖层150的导电性相对于基片UO很低，那么 基片内的移动电荷(可能以电子、空穴或离子形式存在)会抵消所施加的电压作用，形 成正向直流漂移。此外，通常由二氧化硅(Si02)等绝缘材料形成的緩冲层150中的杂 质则被认为可形成额外的移动电荷，所述额外的移动电荷或者会抵消所施加电压的作 用，形成正向直流漂移；或者会增强所施加的偏压，形成负向直流漂移。前者对于无掺 杂的Si02更为常见。緩冲层和基片内移动电荷形成的最终结果是操作电光调制器所需 的偏压会随时间而逐渐增大。[10]应用緩冲层150的目的具有两方面。 一方面，緩沖层150用于防止位于其上的电极 140/142对光信号的光学吸收。值得注意的是，緩冲层150的上述作用对于Z向切割型 实施方式更为重要，其中电极140/142直接位于干涉仪臂126/124之下。另一方面，緩 冲层150用于加速射频调制信号的传播，以便光波和微波以等相位速率传播，从而延长 相互作用的时间，并且最终增加高频调制带宽和/或高频调制效率。[II]已经有多种防止直流漂移的解决方案被提出。例如，在X向切割型LiNb03调制器 中，已经提出采用单独的低频偏压电极结构270，与射频电极结构240进行光学串联， 如图2所示。在射频电极结构240下方有一緩冲层250,用以实现速率匹配；但是在偏 压电极结构270下方则没有，以便减小直流漂移。有利之处在于，由于偏压电极结构270 是直接沉积在基片上，所需的驱动(偏置)电压明显降低。不足之处在于，为了容纳两 个电极结构，调制器的长度将显著增加。此外，这种设计对于Z向切割型LiNb03调制 器并不理想，其中波导直接位于偏压电极下方，因为高导电性的偏压电极材料(如金) 会引入明显的光损。[12]在Z向切割型LiNb03调制器中，直流漂移已通过緩沖层的改进得以减小。例如在 5,404,412和5,680,497号美国专利中，公开了通过对光调制器中緩冲层掺入杂质使緩冲 层的充电效应減小以增强其导电性的方法。增加的导电性实质上会使緩沖层短路，用 以防止了緩沖层充电并耗用掉波导中所施加的全部电压。因此，在信号电极上施加直 流电压或緩慢变化的电压能够随时间控制调制器的偏压点。不足之处在于，很难大量 重复地进行通过数量上定量控制掺杂元素的引入。此外，导电緩沖层还可能吸水而改变 性质。此外，所需的驱动(偏置)电压可能相对较高，因为所产生的电场必须通过导电 緩冲层(例如对于Z向切割型配置，緩沖层层可能会非常厚)。在20030133638号美国专利申请中，在Si02緩冲层中植入氟离子以减小直流漂移。带负电的氟离子(F)可与 阳离子作用，如与基片中的锂离子(Li+)反应，以生成LiF等稳定的化合物。随后移动 Li+离子数量的减少会导致直流漂移的减小。此外，所需的驱动(偏置)电压还是会相对 较高，因为所产生的电场必须通过注入离子的緩沖层(例如对于Z向切割型配置，緩冲 层可能会非常厚)。[13]在2006/0023288号美国专利申请和7,127,128号美国专利中，通过提供与上层射频 电极结构基本对准的独立低频偏压电极结构以减小直流漂移。例如，考虑到如图3a和 3b中所示的现有技术中的X向切割实施方式，其中在射频电极结构340/342/344下方提 供绝缘緩沖层350,以实现速率匹配；而在偏压电极结构370/372/374下方却不提供绝 缘緩冲层350，以减小直流漂移。有利之处在于，上述配置可以在相对较低的驱动电压 (即因为偏压电极结构直接沉积在基片310上)提供相对较短的调制器(即因为偏 压电极结构和射频电极结构叠置)。另一有利之处在于，偏压电极结构370/372/374由 高电阻率材料制成，所述高电阻率材料在低频下导电，并且在高频下作为绝缘体。相 应地，偏压电极结构可以沉积在基片上而不产生显著的损耗。[14] 2006/0023288号美国专利申请还介绍了用于Z向切割型LiNb03调制器的多种低偏 压漂移实施方式。参见图4a和4b， Z向切割型实施方式通常包括两个偏压信号电极， 每一个偏压信号电极均被分为两个独立的加长分段。更具体的说，每个分支偏压电极 470/476的每一段均向相应波导段426/424的相反一侧横向偏移。此外，在渗漏层460 与射频电极结构440、 442、 444下方提供一个绝缘緩冲层450，以实现速率匹配；但是 在偏压电极结构470、 472、 474、 476下方却不提供，目的是减小直流漂移。有利之处 在于，上述配置可以在相对较低的驱动电压(即因为偏压电极结构直接沉积在基片410 上)提供相对较短的调制器(即因为偏压电极结构和射频电极结构叠置)。另一有利之 处在于，由于偏压信号电极470、 476被分开，而且没有分别将所述偏压信号电极 470、 476直接置于千涉仪臂426、 424上，因此可以降低光损。[15] 2006/0023288号美国专利申请中所述的多种实施方式还有另外一项优点，即耐潮 性得以改善。本领域中众所周知，高伏值电场和高湿度经常会导致电光器件的腐蚀。 例如，当采用金属粘附层(如Ti、 Ti/W、 Cr等)来提高射频电极(如Au)与电光基片 (如LiNb03)之间的粘附度时，与多层结构直接接触的任何潮气都将充当电解质而导 致电化腐蚀。电化腐蚀由不同金属间的电化电势差引起，可能导致表面射频电极之间出现传导性沉积，引发射频电极的漏电、短路或剥离。已经提出了多种方案来避免电 化腐蚀，以便降低对密封包装的要求。例如，在6,867,134号美国专利中就没有粘附 层，而20030062551号美国专利申请中则对粘附层进行了封装。可作为选择的是，粘附 层还可由如镍等薄片金属制成，此类金属的逸出功(work fonction)与金类似。尽管这 些方法确实可以抑制电化腐蚀，但仍会出现电迁移腐蚀。当有水或高湿度条件下，在 相距较近的电极(如由金制成的射频电极)之间施加直流高电压时，会出现电迁移腐 蚀。与电化腐蚀类似，电迁移腐蚀对电光器件的性能产生负面影响，并且会缩短电光 器件的寿命。其结果是，电光器件经常要按照6,560,377号美国专利中所述进行涂覆， 并且/或者以密闭包装密封。然而涂层对射频电极的射频特性也产生负面影响，并且密 闭包装也会增加调制器的成本。[16]在2006/0023288号美国专利申请中，耐潮性以多种方式得以提高。例如在一些实 施方式中，较高的直流电压施加在位于緩冲层下方的偏压电极上，而在其他实施方式 中，较高的直流电压则施加在位于基片下方的偏压电极上。由于埋入式偏压电极可对 其进行防潮保护，因此所述埋入式偏压电极的电迁移腐蚀得以减小。此外，如果埋入 式偏压电极与射频电极直流隔离，那么也可将射频电极的电迁移腐蚀降至最低。此 外，如果粘附层被取消、被封装和/或由与射频电极所用材料的逸出功类似的材料制 成，那么电化腐蚀和电迁移腐蚀现象都将被消除，从而可以实现调制器的低成本非密 闭包装。[17]此外，还可以通过高电阻率材料(如电阻率明显高于射频电极的电阻率但低于基 片的电阻率的材料)制造偏压电极来提高耐潮性。值得注意的是，已发现这些高电阻率 偏压电极在耐用性方面显著高于采用现有技术的高电导率偏压电极(如由金制成的偏 压电极)。不利之处在于，选用高电阻率材料通常伴随着要牺牲射频透性、光透性以及 串联电阻三者中的至少一项。例如，当氧化铟(ln203)达到合理的光透性水平时，其在 25。C下的电阻率约为1欧/厘米(Q/cm),可能存在一些射频信号损耗。与之相比，当 TaSiN对射频信号达到合理透明时，其在25°C下的电阻率范围约为104~106 Q/cm，如 果直接将其沉积在光波导上，将引入一定的光损。[18]在6,853,757号美国专利中，Seino介绍了在高导电性金属电极下方采用透明导电薄 膜来对电光基片施加电压的方式。高导电性金属电极(如金)相对波导中心具有横向偏 移，使得光损最小。然而，由于透明导电薄膜(如氧化铟锡(ITO))要承载由高导电性电极到波导的高频和低频信号，电光器件没有耐潮性，必须按6,560,377号美国专利 中所示涂覆并且/或者以密闭包装密封。发明内容[19]本发明涉及具备单独偏压电极结构的耐潮电光器件，其中偏压电极包括第一部分和 第二部分，并且其中第二部分采用与第一部分不同的材料制成，并/或制成与第一部分不 同的厚度，以提高偏压电极对经底层光波导传播的光信号的光透性。[20]根据本发明的一方面，提供了一种电光器件，包括基片、偏压电极结构、射频电 极结构和緩沖层，所述基片内具有光波导；所述偏压电极结构用于在光波导中生成低频 电场或直流电场，所述偏压电极结构包括第一偏压电极，所述第一偏压电极具有第一部 分和第二部分，所述第一部分包括一个条带，所述条带基本与所述光波导对齐，所述第 一部分的光透性高于所述第二部分的光透性；所述射频电极结构用于在所述光波导中 生成射频电场，所述射频电极结构包括第一射频电极；以及所迷緩冲层位于所述第一 射频电极与所述第 一偏压电极之间。[21]根据本发明的另一方面，提供了一种制造电光器件的方法，包括提供在其内具 有光波导的基片；其中在所述基片上生成第一偏压电极层，所述第一偏压电极层被加工 成提供一个与所述光波导基本对齐的条带；在所述第一偏压电极层和所述基片二者中至 少一个上生成第二偏压电极层，所述第二偏压电极层被加工成包括至少一个相对光波导 中心具有横向偏移的条带，所述第 一偏压电极层的光透性高于所述第二偏压电极层的光 透性；在所述第一偏压电极层和所述第二偏压电极层上生成一个緩冲层；并且在所述緩 冲层上生成一个射频电极层，所述射频电极层被加工成包括第一射频电极。
[22]本发明的特征和优点将通过下文结合附图详细说明，其中[23]图1 a为采用现有技术的Mach-Zehnder光调制器的示意图，其中示出了 一种通用的 光波导配置；[24]图lb为采用现有技术的Mach-Zehnder光调制器的示意图，其中示出了一种X向 切割型LiNb03的通用电极配置；[25]图lc为采用现有技术的Mach-Zehnder光调制器的示意图，其中示出了一种Z向切 割型LiNb03的通用电才及配置；[26]图Id为采用现有技术的含有Z向切割型LiNb03基片的Mach-Zehnder光调制器的 平面图；[27]图le为图Id所示的现有技术的Mach-Zehnder光调制器沿I-I线的截面图；[28]图2为采用现有技术的含有X向切割型LiNb03基片的低偏压漂移型Mach-Zehnder 光调制器的平面图；[29]图3a为采用另一种现有技术的含有X向切割型LiNb03基片的低偏压漂移型 Mach-Zehnder光调制器的平面图；[30]图3b为图3a所示的现有技术的Mach-Zehnder光调制器沿II-II线的截面图；[31]图4a采用现有技术的含有Z向切割型LiNb03基片的低偏压漂移型Mach-Zehnder 光调制器的平面图；[32]图4b为图4a所示的现有技术的Mach-Zehnder光调制器沿III-III线的截面图；[33]图5a为才艮据本发明的一种实施方式的电光器件的截面图；[34]图5b为图5a中电光器件实施方式的平面图，其中光波导被设计成一个 Mach-Zehnder干涉仪；[35]图5c为示出图5a中电光器件实施方式的平面图，其中光波导被设计成一个2x2光 学开关；[36图5d为图5a中电光器件实施方式的平面图，其中光波导被设计成一个光耦合器； [37]图6为才艮据本发明的另一种实施方式的电光器件的截面图； [38]图7为#4居本发明的又一种实施方式的电光器件的截面图；[39]图8为一种实施方式的平面图，其中偏压电极结构与射频电极结构基本对齐(未示 出)；[40]图9a为一种实施方式的平面图，其中偏压电极结构被分段；[41]图9b为图9a中所示实施方式沿B-B线的截面图；[42]图9c为图9a中所示实施方式沿C-C线的截面图；[43]图IO为另一种实施方式的平面图，其中偏压电极结构被分段；[44]图11为根据本发明的一种实施方式的电光器件的截面图；[45]图12为才艮据本发明的另一种实施方式的电光器件的截面图；[46]图13为才艮据本发明的又一种实施方式的电光器件的截面图。[47]请注意，在所有附图中，相同的特征由相同的数字标识。
具体实施方式
[48]如图5a所示才艮据本发明的一种实施方式的电光器件的截面图。电光器件500含有 基片510、第一光波导524和第二光波导526、射频信号电极540、射频地电极542、 544、緩冲层550、渗漏层560、第一偏压信号电极570和第二偏压信号电极576以及偏 压地电极572、 574。[49]在这一实施方式中，基片510由电光材料制成，所述电光材料如Z向切割型铌酸锂 (LiNb03),还可以是Z向切割型钽酸锂(LiTa03)。基片510的宽度、长度和厚度通 常会随电光器件的类型而有所不同。例如，用于常规Mach-Zehnder调制器的基片通常 约为长40mm、宽2mm和厚lmm。当然，也可以采用其他尺寸。[50]第一光波导524和第二光波导526嵌入基片510中或由基片510支承。光波导524、 526可以采用现有多种已知方法中的一种制成，如钛扩散或退火质子交换。例如，在一 种实施方式中，光波导524、 526的制造方法是将钛置于Z向切割型LiNbCb基片之内 或之上，然后使基片温度升高，以便钛在基片中扩散。常规情况下，由LiNb03制成的 钛扩散波导约宽7 nm、深3 nm。用于生成波导524、 526的模型取决于电光器件的类型。 例如，如果电光器件为Mach-Zehnder调制器，则模型可能类似于图5b中所示。相反， 如果电光器件为光学开关或可调定向耦合器，则模型可能分别类似于图5c或5d中所示。 进一步可作为选择的是，模型还可以对应于其他有两个基本平行的波导或波导分段的电 光器件。在每种情况下，沿任何A-A线的截面图都将对应于图5a。值得注意的是，图5b、 5c和5d仅示出了波导模型(点线)和射频电极结构(覆盖结构)的示例，以简化 图示(如图中省略緩冲层和/或偏压电极)。[51]射频信号电极540和射频地电极544、 542由基片510支承。射频电极540、 542、 544是射频电极结构的组成部分，所迷射频电极结构用于在光波导524、 526两端施加高 频射频电压。例如，在一种实施方式中，射频电极结构构成了行波电极结构，用于传播 在第一光波导524和第二光波导526中生成的方向相反的电场中的微波信号。分别将射 频信号电极540和射频地电极542基本置于波导526、 524上。射频电极540、 542、 544 通常由高导电性的材料制成，如金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)或铂(Pt)。由于这 些金属并不总是易于贴附在常规渗漏层材料上，因此可以选择采用粘附层来提高渗漏层 材料上的粘附度。 一些适于作为粘附层的材料包括铬(Cr)、钛(Ti)、钛/鴒合金(Ti/W) 等的薄膜层。可以作为选择的是，采用逸出功类似于射频电极材料的金属(如镍(Ni) 的逸出功类似于Au)制造粘附层。如上所述，相匹配的逸出功可以确保即使在两种金 属间存在电势差，其值也很小，从而减少电化腐蚀。可以作为选择的是，可以按照 20030062551号美国专利申请所述方法对粘附层进行封装，或者按照6,867,134号美国专 利所述通过活化表面的方式消除粘附层。尽管图5b、 5c、 5d所示的射频电极结构给出 了 一种合适的电极设计的例子(如被称为共面波导)，但仍可采用其他设计(如常规的 共面条带、不对称共面条带等)。在一种实施方式中采用高约为15 40pm的射频电极 结构540、 542、 544,可采用各种现有已知方法之一制得，如电镀、溅射、蒸发、等离 子蚀刻、剥离(liftoff)等。[52]緩冲层550用于减少由于射频电极吸收造成的光损，并实现光信号与射频信号之间 的速率匹配。相应地，制造緩沖层550的材料通常对所采用的波长(如1.55 pm)的光 具有光透性，而且所述材料的绝缘常数低于基片510的绝缘常数。例如，在一种实施方 式中，緩冲层550采用二氧化硅(Si02)制成。在另一种实施方式中，緩冲层550则由 苯并环丁烯(BCB )制成。通常，緩沖层550的电阻率在25。C下范围约在1017 - 1019 Q/cm 范围内，但还可以达到更高。采用基本不导电的材料也可使得緩冲层550实现偏压信号 电极之间和/或偏压信号电极与射频信号电极之间的电绝缘。緩冲层550通常釆用各种现 有已知方法中的一种制成，如真空沉积、离子辅助真空沉积、溅射或化学气相沉积 (CVD)。在一种实施方式中，緩冲层550被制作成平铺在整个晶片上。在另一种实施 方式中，緩沖层550被制作成仅覆盖偏压电极结构。而在又一种实施方式中，緩沖层550则被制作成仅覆盖偏压信号电极。緩冲层550的厚度通常约在0.05 ~ 2 pm范围内，更 常见的是约在0.4 ~ 1 pm范围内。值得注意的是，常规Si02緩冲层在沉积之后经常需要 接受退火步骤。可以选择不采用这一退火步骤，以防损坏底层偏压电极。[53]渗漏层560用于放出由热电效应产生的电荷。因此，用于排放累积电荷的渗漏层 560通常由导电薄膜制成。优选采用半导体制造导电薄膜，以避免射频电极短路。例如 一些适用于弱导电性薄膜560的材料包括氮化硅钽(TaSiN)、氮化硅钛(TiSiN)、氮 氧化硅钛(SiTiON)、非晶硅或多晶硅(Si)等。常规情况下，当渗漏层560由TaSiN 制成时，高电阻性的渗漏层还能作为防潮层，以便阻止杂质进入緩沖层和/或防止在偏压 电极附近形成电压诱导的离子迁移。因此，该电光器件可被称为耐潮和/或耐空气电光器 件。此外，当渗漏层560由TaSiN制成时，射频电极可被直接沉积在渗漏层上(即没有 粘附层或活化表面)，由此可筒化加工工艺并进一步提高耐潮性。请注意这里使用的术 语TaSiN,它对应于一种复杂的化学组成，并且各化学成分不一定如缩写化学名中所示 的1:1:1的比例(例如，实际化学式表述为TaxSiyNz可能要更为精确)。渗漏层560通 常由各种现有已知方法中的一种制成，如真空沉积、离子辅助真空沉积、溅射或化学气 相沉积(CVD)。渗漏层560的厚度通常约在0.05 ~ 0.5 pm范围内，并且更常见的是约 在0.05 —0.25 pm范围内。[54]第一偏压信号电极570、第二偏压信号电极576、第一偏压地电极574以及第二偏 压地电极572均由基片510支承。偏压电极570、 572、 574、 576是偏压电极结构的组 成部分，用于在光波导两端施加低频电压或直流电压。[55]偏压电极570、 572、 574、 576通常由高电阻率材料制成，如氮化硅钽(TaSiN)、 氮化硅钛(TiSiN)、氮氧化硅钛(SiTiON)、非晶硅(Si)、氧化铟(ln203)、氧化 锡(Sn02)、氧化锌(ZnO)等。采用高电阻率材料可使偏压信号电极结构570、 572、 574、 576在低频下具有导电性，并且在高频下起绝缘作用。因此，由射频电极结构生成 的电场可以有效穿透偏压信号电极570、 572、 574、 576。[56]偏压信号电极570、 576中的每一个分别包括一个下方部分570a、 576a和一个上方 分支部分570b、 576b。下方部分570a、 576a由分别与光波导526、 524对齐的材料条带 形成。上方分支部分570b、 576b分别置于下方部分570a、 576a上。每个上方分支部分 570b、 576b各包括两个基本与相应波导段平行的延长分段，但所述延长分段与相应波导 段交错排列。[57]偏压电极上方分支部分570b、 576b的合适的电阻率值处于射频电极材料的电阻率 值与基片的电阻率值之间。例如，当x-l、 y-l、 z^l时，TaxSiyNz在25。C下的电阻 率范围通常约在104-1()6Q/cm范围内，该值处于 2.3 x l(T6 Q/cm (Au在25。C下的电 阻率)和~1.3 x 1017 Q/cm ( LiNb03在25°C下的电阻率)之间。上方分支部分偏压电 极材料在25。C下的电阻率范围优选约在1 ~ 108欧/厘米(Q/cm)范围内，更优选约在 102 ~ 107欧/厘米(Q/cm)范围内，最优选约在104 ~ 106欧/厘米(Q/cm)范围内。[58]用于制造下方部分570a、 576a的材料的电阻率比用于制作上方分支部分570b、 576b的材料的电阻率高。因此，为了便于描述，将用于生成下方部分570a、 576a的材 料称为超高电阻率材料。通常，超高电阻率材料将具有足够高的电导率，以使下方部分 可作为偏压信号电极570、 576的组成部分，并显著加强直流电场。[59]例如，在一种实施方式中，上方部分570b、 576b由高电阻率TaSiN层形成，所述 TaSiN层在25°C的电阻率约在104 ~ 106 Q/cm范围内，而下方部分570a、 576a则由超 高电阻率TaSiN层形成，所述超高电阻率TaSiN层在25°C的电阻率约在106 ~ 101GQ/cm 范围内。本领域现有技术人员可以理解，两个TaSiN层之间的电阻率差异可通过改变 Ta:Si:N的比率得以实现，伴随增加Ta的量通常会形成较低的电阻率。可以作为选择的 是，在溅射时，两个TaSiN层之间的电阻率差异可通过改变氮气的分压(如在氮/氩混 合气中)得以实现。例如，在一种实施方式中，下方部分以较高的氮气分压(如在12.5 mTorr总压力下采用1.8 mTorr的氮气分压)通过賊射沉积，而上方部分则在较低的氮 气分压(如在12.5 mTorr总压力下采用0.6 mTorr的氮气分压)通过溅射沉积。[60]通常，下方部分570a、 576a的电阻率上限与上方部分570b、 576b的电阻率上限相 关。两部分电阻率之比的上限由偏压电极的几何形状决定。为使下方部分对上方部分所 产生的偏压电极调制进行增强，由下方部分所引入的串联电阻应相当于或小于上方部分 所引入的串联电阻。如果下方部分570a、 576a所引入的串联电阻远大于上方部分570b、 576b所引入的串联电阻，则仍然可能存在下方部分570a、 576a的调制增强，但很可能 是在同一时间尺度中下方部分570a、 576a的响应时间远长于上方部分570b、 576b相关 的响应时间。例如，如果下方部分的串联电阻相比上方部分要高，则对具有lHz以上 的频率分量的偏压信号的响应不会因下方部分的导电性而得以提高。然而，在以小时为 单位的时间尺度中或更长的时间尺度中可能会引入偏压漂移。[61]导体的串联电阻有以下简单公式给出<formula>formula see original document page 16</formula>其中p为体电阻率，L为长度，t为厚度，W为宽度。因此，对于上方部分570b、 576b, 串联电阻有以下公式给出<formula>formula see original document page 16</formula>其中Ap^为上方部分的一个条带的体电阻率，丄为上方部分的一个条带的长度，/为上方部分的一个条带的厚度，以及『为上方部分的一个条带的宽度。下方部分570a、 576a 的串联电阻差异很大，因为传导电流是横向(垂直于波导方向)而非纵向(沿波导延伸 方向)流动。因此，下方部分570a、 576a中每一个的串联电阻有下式给出 p — P/匿，G"/ 〖3 、其中Gfl/ 为形成偏压电极上方部分的两个条带之间的间隙，而￡为偏压电极分段的延长 方向(沿波导)。因此，Ga/ 和丄分别对应于下方部分串联电阻的长度和宽度。两个串 联电阻的比率有下式简单给出<formula>formula see original document page 16</formula> (4)[62]如果下方部分570a、 576a与上方部分570b、 576b在相同的时间尺度中进行调制， 则下方部分与上方部分的电阻率之比优选为1或更小。如果偏压信号与偏压地电极之间 的偏压电极电容对于上方部分和下方部分相同，则此假设有效。值得注意的是，下方部 分的电容实际可能更高，因为下方部分的表面积比上方部分大，导致下方部分的时间常 数比上方部分的时间常数更大。然而，公式4仍可对下方部分电阻率的上限选择提供指 导。此外，公式4还可对下方部分厚度的下限提供指导。例如，如果W和Gap均为lO pm， L为lmm,而上方和下方部分的厚度相同，则下方部分的电阻率不能超过上方部 分的10，000倍左右。或者是，在上方部分和下方部分均由相同材料制成的情况下，则上 方部分和下方部分具有相同的电阻率，并且当上方部分厚为0.25pm时，则下方部分厚 至少须为0.25A,因此这是一个容易克服的限制条件，因为任何材料即使只有一层原子 也可能有几个A厚。[63]在偏压电极570、 572、 574、 576上所采用的高电阻率材料均可能包含与用于生成 渗漏层560的材料相同的材料，或者也可采用不同的材料。通常，当各偏压电极包含相同材料(如TaSiN)时，加工工艺相对简单。偏压电极材料可以采用各种已知方法中的 一种进行沉积，包括真空沉积和溅射。上方高电阻率层的厚度通常约在0.05 ~ 0.5 pm范 围内，更常见于约在0.05 ~ 0.25 pm范围内。下方超高电阻率层的厚度通常也约在0.05 ~ 0.5 pm的范围内，更常见于约在0.05 ~ 0.25 pm范围内。[64]有利之处在于，由于偏压信号电极的上方部分570b、 576b和下方部分570a、 576a 由高电阻率材料制成，射频信号将不太可能与偏压电极耦合，并且射频信号电极的单位 长度净射频损耗将会减小。[65]另一有利之处在于，由于电阻率值高的材料相对电阻率值低的材料经常会呈现更高 的光透性，所以超高电阻率材料对于光频应当相对透明。此外，由于具有光透性的下方 部分直接置于波导上，因此下方部分可以通过提高偏压电极调制效率以响应直流电压， 并充当隔离区，因此可以通过上方部分的低透明度最大限度地降低光学损耗。由于每个 上方部分的延长分段相对于相应波导中心具有横向偏移，因此光学损耗可以得到进一步 减小。[66]如上所述，提高偏压电极材料的电阻率可最大限度地减小与射频电极的耦合并且/ 或者提高光透性。然而不利之处在于，如果偏压电极材料的电阻率过高，则偏压电极响 应时间将增加，并且/或者偏压电极的串联电阻将会过高。例如，本领域技术人员已知的， 由电阻率特别高的材料制成的窄带电极通常会呈现较高的串联电阻，因此时间常数较 大。[67]在本实施方式中，采用超高电阻率材料作为偏压电极组成部分的优点得以实现，而 不会显著增加串联电阻。尤其是，串联电阻不会过高，因为偏压信号不需要通过具有超 高电阻率的下方部分的整个长度。例如，当偏压信号需要通过具有高电阻率的上方部分 的长度(如在分段实施方式中通常约为lmm长)时，它仅需通过具有超高电阻率的下 方部分的宽度(如通常约为20 nm或更短)。由于偏压信号不需要在下方部分传导很远， 所以选择超高电阻率材料较为有利，以便优化偏压电极的光透性和射频透性，而不必较 多地考虑及缩减串联电阻和/或响应时间。[68]如图6所示根据本发明另一种实施方式的电光器件的截面图。电光器件600包括基 片510、第一光波导524和第二光波导526、射频信号电极540、射频地电极542、 544、 緩冲层550、渗漏层560、第一偏压信号电极670和第二偏压信号电极676以及偏压地 电极672、 674。[69]基片510、第一光波导524和第二光波导526、射频信号电极540、射频地电极542、 544、緩冲层550和渗漏层560均如上一实施方式所述。[70]第一偏压信号电极670、第二偏压信号电极676、第一偏压地电极674和第二偏压 地电极672均由基片610支承。偏压电极670、 672、 674、 676是偏压电极结构的组成 部分，用于在光波导两端施加低频电压或直流电压。[71]偏压电才及670、 672、 674、 676通常由高电阻率材料制成，如氮化硅^^巨(TaSiN)、 氮化硅钛(TiSiN)、氮氧化硅钛(SmON)、非晶硅(Si)、氧化铟(ln203)、氧化 锡(Sn02)、氧化锌(ZnO)等。采用高电阻率材料可使偏压信号电极结构670、 672、 674、 676在低频下具有导电性，并且在高频下起绝缘作用。因此，由射频电极结构生成 的电场可以有效穿透偏压信号电极670、 672、 674、 676。[72]偏压信号电极670、 676中的每一个分别包括一个下方部分670a、 676a和一个上方 部分670b、 676b。下方部分670a、 676a由分别与光波导526、 524对齐的材料条带形成。 上方部分670b、 676b分别置于下方部分670a、 676a上。每个上方分支部分670b、 676b 各包括一个延长段，所述延长段基本上分别平行于相应波导段526、 524,但相对相应波 导段的一侧具有橫向偏移。由于上方部分的一半被消去，相对于如图5a所示的实施方 式，偏压电极不太可能承载光波导。[73]偏压电极上方部分670b、 676b的合适的电阻率值处于射频电极材料的电阻率值与 基片的电阻率值之间。例如，当x-l、 y-l、 z-l时，TaxSiyNz在25。C下的电阻率通 常约在104~ 1()6Q/cm范围内，该值处于 2.3x l(T6Q/cm (Au在25°C下的电阻率)和 ~1.3 x 1017 Q/cm( LiNb03在25°C下的电阻率)之间。上方分支部分偏压电极材料在25。C 下的电阻率优选约在1 ~ 108欧/厘米(Q/cm )范围内，更优选约在102 ~ 107欧/厘米(Q/cm) 范围内，最优选约在104 ~ 106欧/厘米(Q/cm)范围内。[74]用于制造下方部分670a、 676a的材料的电阻率比用于制造上方部分670b、 676b的 材料的电阻率高。因此，为了便于描述，将用于生成下方部分670a、 676a的材料称为 超高电阻率材料。通常，超高电阻率材料将具有足够高的导电率，以使下方部分可作为 偏压信号电才及670、 676的组成部分，并显著加强直流电场。[75]例如，在一种实施方式中，上方部分670b、 676b由高电阻率TaSiN层形成，所述 TaSiN层在25。C的电阻率约在104~ 1(^Q/cm范围内；而下方部分670a、 676a则由超高电阻率TaSiN层在25°C的电阻率约在106~ 101QQ/cm 范围内。本领域技术人员可以理解，两个TaSiN层之间的电阻率差异可通过改变Ta:Si:N 的比率得以实现，伴随增加Ta的含量通常会形成较低的电阻率。可以作为选择的是， 在溅射时，两个TaSiN层之间的电阻率差异可通过改变氮气的分压(如在氮/氩混合气 中)得以实现。例如，在一种实施方式中，下方部分以较高的氮气分压(如在12.5mTorr 总压力下采用1.8mTorr的氮气分压)通过溅射沉积；而上方部分则在较低的氮气分压 (如在12.5 mTorr总压力下采用0.6 mTorr的氮气分压)通过溅射沉积。如上一实施方 式所述，通常下方部分670a、 676a的电阻率上限与上方部分670b、 676b的电阻率上限 相关。[76]在偏压电极670、 672、 674、 676上所采用的高电阻率材料均可能采用与用于生成 渗漏层660的材料相同的材料，或者也可能采用不同的材料。通常，当各偏压电极包含 相同材料(如TaSiN)时，加工工艺相对简单。偏压电极材料可以采用各种已知方法中 的一种进行沉积，包括真空沉积和溅射。上方高电阻率层的厚度通常约在0.05 ~ 0.5 pm 范围内，更常见于约在0.05 ~ 0.25 pm范围内。下方超高电阻率层的厚度通常也约在 0.05 ~ 0.5 pm范围内，更常见于约在0.05 ~ 0.25 pm范围内。[77]有利之处在于，由于偏压信号电极的上方部分670b、 676b和下方部分670a、 676a 由高电阻率材料制成，射频信号将不太可能与偏压电极耦合，并且射频信号电极的单位 长度净射频损耗将会减小。[78]另一有利之处在于，由于电阻率值高的材料相对电阻率值低的材料经常会呈现更高 的光透性，所以超高电阻率材料相对于光频应当相对透明。此外，由于具有光透性的下 方部分直接置于波导上，因此下方部分可以通过提高偏压电极调制效率以响应直流电 压，并充当隔离层，因此可以通过上方部分的低透明度最大限度地降低光损。由于每个 上方部分相对于相应波导的 一侧具有横向偏移，因此光损可以得到进一步减小。[79]如上所述，提高偏压电极材料的电阻率可最大限度地减小与射频电极的耦合并且/ 或者提高光透性。然而不利之处在于，如果偏压电极材料的电阻率过高，则偏压电极响 应时间将增加，且/或偏压电极的串联电阻将会过高。例如，本领域技术人员已知的，由 电阻率特别高的材料制成的窄带电极通常会呈现较高的串联电阻，因此时间常数较大。[80]在本实施方式中，采用超高电阻率材料作为偏压电极组成部分的优点得以实现，而 不会显著增加串联电阻。尤其是，串联电阻不会过高，因为偏压信号不需要通过具有超高电阻率的下方部分的整个长度。例如，当偏压信号需要通过具有高电阻率的上方部分 的长度(如在分段实施方式中通常约为lmm长)时，它仅需通过具有超高电阻率的下 方部分的宽度(如通常约为204im或更短)。由于偏压信号不需要在下方部分传导很远， 所以选择具有超高电阻率的材料较为有利，以便优化偏压电极的光透性和射频透性，而 不必较多地考虑及缩减串联电阻和/或响应时间。[81]如图5a和图6中所示的实施方式，下方部分所用材料的电阻率比上方部分所用材 料的电阻率高。另外，或者可以作为选择的是，使图5a和图6中偏压电极的下方部分 相对变薄也可以提高偏压电极的光透性和射频透性。[82]如图7所示根据本发明另一种实施方式的电光器件的截面图。电光器件700包括基 片510、第一光波导524和第二光波导526、射频信号电极540、射频地电极542、 544、 緩沖层550、渗漏层560、第一偏压信号电极770和第二偏压信号电极776以及偏压地 电极772、 774。[83]基片510、第一光波导524和第二光波导526、射频信号电极540、射频地电极542、 544、緩沖层550和渗漏层560均如上所述。[84]第一偏压信号电极770、第二偏压信号电极776、第一偏压地电极774和第二偏压 地电极772均由基片510支承。偏压电极770、 772、 774、 776是偏压电极结构的组成 部分，用于在光波导两端施加低频或直流电压。[85]偏压电极770、 772、 774、 776通常由一种或多种高电阻率材料制成，如氮化硅钽 (TaSiN )、氮化硅钛(TiSiN)、氮氧化硅钬(SiTiON)、非晶硅(Si)、氧化铟(ln203)、 氧化锡(Sn02)、氧化锌(ZnO)等。釆用高电阻率材料可使偏压信号电极结构770、 772、 774、 776在低频下具有导电性，并且在高频下起绝缘作用。因此，由射频电极结 构生成的电场可以有效穿透偏压信号电极770、 772、 774、 776。[86]偏压信号电极770、 776中的每一个分别包括一个下方部分770a、 776a和一个上方 分支部分770b、 776b。下方部分770a、 776a由分别与光波导526、 524对齐的材料条带 形成。上方分支部分770b、 776b分别置于下方部分770a、 776a上。每个上方分支部分 770b、 776b各包括两个延长分段，所述延长分段基本平行于相应波导段，但所述延长段 与相应波导段交错排列。可以作为选择的是，除去左侧分支部分770b内的右延长分段和右侧分支部分776b内的左延长分段，如图6所示。另一种选择方式是，除去左侧分 支部分770b内的右延长段和右侧分支部分776b内的右延长段。基片的电阻率值之间。例如，当x - 1 、 y - 1 、 z - 1时，TaxSiyNz在25°C下的电阻率通 常约在104 ~ 106 Q/cm范围内，该值处于 2.3 x l(T6 Q/cm (Au在25。C下的电阻率)和 ~1.3x 1017Q/cm (LiNb03在25。C下的电阻率)之间。偏压电极材料在25°C下电阻率 优选约在1 ~ 108欧/厘米(Q/cm)范围内。[88]下方部分770a、 776a的加工厚度比上方部分770b、 776b的加工厚度薄。下方部分 770a、 776a的厚度优选约小于0.15 ,,更为优选的是约小于0.015 pm (即150A)。 相比之下，上方部分770b、 776b的厚度优选应在约0.05-0.5 pm范围内，更优选的是 约在0.05 ~ 0.25 nm范围内。如上所述，公式4还可对下方部分厚度的下限提供指导。[89]用于制造下方部分770a、 776a的高电阻率材料可能采用与用于生成上方分支部分 770b、 776b相同的材料，或者也可能采用不同的材料。此外，用于每一个偏压电极770、 772、 774、 776的高电阻率材料可能采用与用于制造渗漏层560相同的材料，或者也可 能采用不同的材料。通常，当下方部分770a、 776a、上方分支部分770b、 776b以及渗 漏层560采用相同材料(如TaSiN)制造时，加工工艺相对简单。偏压电极材料可以采 用各种已知方法中的一种进行沉积，包括真空沉积和'践射。[90]例如，在一种实施方式中，上方部分770b、 776b由层厚约为0.2nm的高电阻率 TaSiN层制造，而下方部分770a、 776a则由层厚约为IOOA的高电阻率TaSiN层制造。[91]有利之处在于，由于偏压信号电极的上方部分770b、 776b和下方部分770a、 776a 由高电阻率材料制成，射频信号将不太可能与偏压电极耦合，并且射频信号电极的单位 长度净射频损耗将会减小。此外，射频耦合还会由于下方部分相对较薄而进一步减小。[92]另一有利之处在于，由于非常薄的层相对较厚的层会呈现更高的光透性，下方部分 对于光频应当具有相对透明性。此外，由于具有光透性的下方部分可被直接置于波导上， 因此下方部分可以通过提高偏压电极调制效率以响应直流电压，而不引入明显的光损。 由于每个较厚的上方部分的延长分段相对于相应波导的一侧具有横向偏移，因此可以进 一步减小光损。[93]如上所述，采用非常薄的高电阻率材料可最大限度地减小与射频电极的耦合并/或 提高光透性。然而不利之处在于，如果偏压电极过薄，则偏压电极的串联电阻将会过高。 例如，本领域技术人员已知的，由电阻率特别高的材料制成的薄电极通常会呈现较高的 串联电阻，因此时间常数较大。[94]在本实施方式中，采用非常薄的下方部分的优点得以实现，而不会显著增加串联电 阻。尤其是，串联电阻不会过高，因为偏压信号不需要通过非常薄的下方部分的整个长 度。例如，当偏压信号需要通过高电阻率上方部分的长度(如在分段实施方式中通常最 长约为lmm)时，它仅需通过非常薄的下方部分的宽度(如通常约为20pm或更短)。 由于偏压信号不需要在下方部分传导很远，所以为优化偏压电极的光透性而选择有利的 下方部分厚度，而不必较多地考虑及缩减串联电阻。[95]在另一种实施方式中，上方部分770b、776b由层厚度约为0.2 pm的高电阻率TaSiN 层制造，而下方部分770a、 776a则由厚度约为IOOA的光透性半导体层(如由111203生 成的半导体层)制造。[96]有利之处在于，由于偏压信号电极的上方部分770b、 776b和下方部分770a、 776a 由高电阻率材料生成，因此射频信号将不太可能与偏压电极耦合，并且射频信号电极的 单位长度净射频损耗将会减小。此外，射频耦合还会由于下方部分相对较薄而进一步减 小。例如，尽管111203、 Sn02和ZnO等半导体材料对射频电极结构所生成的电场有效透 明，但是所述ln203、 Sn02和ZnO等半导体材料对射频信号的透明度低于TaSiN等材料。 然而，通过将所述电极的层厚减小至150A或更小(如达到80A),使得所述电极的射 频透性得到显著4是高。[97]另一有利之处在于，由于111203、 Sn02和ZnO等半导体材料制造的薄电极层基本上 对光透明，因此下方部分可以通过提高偏压电极调制效率以响应直流电压，而不引入明 显的光损。由于每个上方部分的延长分段相对于相应波导的一侧具有横向偏移，因此可 以进一步减小光损。[98]根据本发明的一种实施方式，上述电光器件500/600/700的加工方法是首先通过 真空沉积或溅射沉积出偏压电极的下方部分，再通过蚀刻或采用剥离(lift-off)工艺加 工成型。此后再采用真空沉积或賊射沉积出偏压电极的上方部分，再通过蚀刻或采用剥 离(lift-off)工艺加工成型。上方部分的成型加工推荐采用剥离工艺，因为如果上方部 分成型加工采用蚀刻工艺，则可能导致在上方部分利用蚀刻进行成型加工时下方部分会被蚀刻。緩冲层和渗漏层以及金电极层均可采用现有技术领域所熟知的方法进行沉积和 成型加工。[99]参见图8、图9a、图9b、图9c和图10,偏压信号电极可以制成如图8所示的连续 电极，或者也可以制成如图9a、图9b、图9c和图IO所示的分段电极。为了便于说明， 图8和IO所示的实施方式采用如图5a所示的电光器件500来说明，而图9a、图9b、 图9c中所示的实施方式则采用如图6所示的电光器件600来说明。在每种情形下，波 导524、 526均被加工成Mach-Zehnder干涉仪。当然，本领域现有技术人员将能够按照 本发明的其他实施方式和/或其他波导样式来调整这些偏压电^l结构的设计。为了简化附 图，平面图中省略了射频电极结构540、 542、 544。[100]如图8所示实施方式，偏压电极结构570、 572、 574、 576基本上遮盖住射频电极 结构(未示出)。尤其是，延长的上方分支部分570b、 576b和下方部分570a、 570b均 基本上沿干涉仪臂平行段的延长方向(即相互作用的距离)布设在射频电极结构下方。 地电极572、 574具有地电位。偏压信号电极570被耦合至一个用于提供偏压(如+5V) 的低频电源或直流电源。可以作为选择的是，将另一个偏压信号电极576也耦合至另一 用于提供偏压(如-5V)的低频电源或直流电源(未示出)。在本实施方式中，沿A-A 线的截面图对应于图5a中示出的截面图。[101]如图9a所示的实施方式，其中偏压地电极674、 672和偏压信号电极670、 676被 分段，以抑制射频信号沿电极延长方向的传导，并减小沿电极延长方向累积的机械应力。 更具体而言，偏压电极材料的加工要使被分段的偏压信号电极670、 676通过在偏压地 电极分段674、 672之间延伸的馈线耦合至外部偏压信号电极671、 677。通常，外部偏 压信号电极671、 677被加工成具有相对较低的串联电阻，以分别补偿由窄分段偏压电 极670、 676所引入的高串联电阻。低串联电阻为偏压信号电极670、 676提供最小压降 的偏压信号电压。在本实施方式中，通过在外部偏压信号电极671、 677之上分别生成 薄金属镀膜673、 679 (如Au)的方式实现减小串联电阻。可以作为选择的是，采用较 宽的外部偏压信号电极671 、 677减小串联电阻。[102]如上所述，分段偏压信号电极670、 676通过多个馈电点被分别耦合至外部偏压 电极671、 677。为了便于说明，每个偏压信号电极示处3个馈电点。在其他实施方式中， 每隔0.25~5111111有一个馈电点。馈电点可能位于波导延长方向上的等距间隔处，或者 根据波导延长方向而作相应变化。例如，在后一种情况中，馈电点之间的间隔可能以递增方式变化(即后续每一间隔均不同)或能以阶梯式变化(即至少有一些后续间隔 相同)。[103]如图9b中沿B-B线的截面图所示，在相同的层间生成^t线以用于生成高电阻率 上方部分670b、 676b，其中所述馈线将分段偏压信号电极670、 676分别耦合至外部偏 压信号电极671、 677。在本实施方式中，有利之处在于，用于生成上方部分的高电阻率 材料不会与光波导交叉，从而可最大限度减小光损。[104]如图9c中沿C-C线的截面图所示，每个分段偏压地电极674、 672经通路675(如 通过蚀刻渗漏层和緩冲层而生成的Au通路)被分别电耦合至上方的射频地电极542、 544上。[105]射频地电极542、 544以及偏压地电极672、 674均作为地电位。外部偏压电极671 被耦合至用于提供偏压(如+5V)的低频电源或直流电源上。也可选择将另一个外部偏 压信号电极677耦合至另 一用于提供数值相反的偏压(如-5V )的低频电源或直流电源 (未示出)。[106]如图IO所示的另一种实施方式中，偏压电极被分段，以抑制射频信号沿偏压电极 长度的传播。在本实施方式中，高电阻率偏压电极材料的加工要使每个分段偏压信号电 极570、 576通过分别在另外的偏压信号电极576、 570的分段之间延伸的馈线耦合至外 部偏压信号电极577、 571。更具体地讲，通过馈线将第一波导526的分段偏压信号电极 570耦合至外部偏压电极577,并且通过馈线将第二波导524的分段偏压信号电极576 耦合至外部偏压电极571。其结果是，外部偏压电极571充当分段偏压电极570的地电 极，而外部偏压电极577则充当分段偏压电极576的地电极。外部偏压电极571被耦合 至用于提供第一偏压(如-5V)的低频电源或直流电源，而另一个外部偏压信号电极577 则被耦合至用于提供第二偏压(如+5V)的低频电源或直流电源。有利之处在于，这种 推挽式布置可最大限度提高分段偏压电极的调制效率。[107]通常，外部偏压信号电极571、 577被加工成具有相对较低的串联电阻，以分别补 偿由窄分段偏压电极576、 570所引入的高串联电阻。低串联电阻为偏压信号电极670、 676提供最小压降的偏压信号电压。在本实施方式中，通过在外周上的每个外部偏压信 号电极571、 577之上分别生成薄金属镀膜573、 579 (如Au)的方式以减小串联电阻， 以便防止任何射频信号耦合至薄金属层。可以作为选择的是，采用较宽的外部偏压信号 电极571、 577减小串联电阻。[108]如上所述，分段偏压信号电极570、 576通过多个馈电点被分别耦合至外部偏压电 极577、 571。为了便于说明，每个偏压信号电极示出2个馈电点。在其他实施方式中， 每隔0.25-5mm有一个馈电点。在一种实施方式中，馈线由用于生成上方分支部分的 高电阻率材料制造。在另一种实施方式中，馈线的至少一部分(如跨越光波导的馈线部 分)由用于生成下方部分的超高电阻率材料制造。[109]可以作为选择的是，通过偏压电极570、 576的设计实现定制的频率响应。例如， 如图IO所示的右侧分段较长，并且上方分支部分的延长分段之间的间隙较宽，然而图 IO左侧分段较短，并且上方分支部分的延长段之间的间隙较窄。较长的偏压信号电极分 段的串联电阻较大，并且电容几乎相同，因此这些偏压电极分段的阻容(RC)时间常 数将会长得多。上方分支部分电极中的间隙在较长的电极分段处较宽，使单位长度的调 制效率降低，但是使得单位长度的电容大致相同。作为上方分支部分间隙函数的电容变 化非常小，而由VnL确定的调制效率则有明显变化。因此，具有较长时间常数的分段的 调制效率相对于具有较短时间常数的分段的调制效率可以进行单独调整。可以作为选择 的是，选择3组或更多组RC时间常数和V丄不同的偏压信号电极分段，以允许多种定 制的频率响应。在一种实施方式中，偏压电极结构被设计为对影响偏压频率响应的其他 效应进行补偿，使得在频率变化时调制效率变化很小。例如，基片内或基片表面上的短 期导电效应可能会影响偏压电极频率响应。在偏压电极响应中采用多个定制时间常数可 以对上述各种效应进行补偿，形成平坦的频率响应。较平坦的偏压频率响应可以改善偏 压控制电路的性能。含有平坦的低频率响应的偏压电极也被可用于其他应用中，如偏压 信号或其他调制信号必须祐:緩'隄扫描或者以可预定方式随时间变化的应用中。[110]有利之处在于，如图5a、图6、图7、图8、图9a、图9b、图9c和图10所示的 电光器件具有耐潮性。尤其是，耐潮性的实现方式是将偏压电极埋入緩冲层下方，以对 其进行防潮保护，并且减少埋入偏压电极的电迁移腐蚀。可以选择的是，通过封装射频制作射频电极粘附层的方式来提高电光器件的耐潮性。再进一步的选择是，采用偏压电 极与射频电极540、 542直流隔离的方式来提高电光器件的耐潮性。[111]根据一种实施方式，直流隔离的方法是将射频发生器发出的信号经低通滤波器 送至偏压信号电极(如570),并且经高通滤波器送至射频信号电极(如540)。有利 之处在于，这种安排可提高对输入偏压信号的高端频率响应，调节MHz频率范围内经常随緩慢变化的偏压被采集的抖动信号或其他杂音。根据另一种实施方式，采用偏压三 通接头来耦合偏压信号电极(如570)和射频信号电极(如540)。当然，也可以采用 其他各种偏压控制电路。[112]在上述每一种实施方式中，埋入式偏压电极包括第一部分和第二部分，第一部分与相对透明的第二部分接触并将第一部分置于第二部分上方。第一部分包括至少一个条 带，所述条带相对光波导的中心具有横向偏移，以最大限度减小光损。具有光透性的第 二部分包括直接置于光波导上的条带，以提高偏压电极调制效率而又不引入明显的光 损。由于第一部分和第二部分采用了两种材料和/或厚度，因此光透性、射频透性与串联 电阻三者之间的相互影响较小。[113]可以作为选择的是，采用两部分埋入式偏压电极的优势可以通过以下方式实现 使第一部分与相对透明的第二部分接触并使第一部分布置在第二部分接的邻近处，如图 ll所示。在本实施方式中，第一部分包括至少一个条带870b、 876b，所述条带相对光 波导的中心具有横向偏移，以使光损最小。第二部分包括条带870a、 876a,所述条带被 直接置于光波导上方，以提高偏压电极调制效率而又不引入明显的光学损耗。由于第一 部分和第二部分釆用了两种材料和/或厚度，因此光透性、射频透性与串联电阻三者之间 的相互影响较小。[114]进一步可以作为选择的是，采用两部分埋入式偏压电极的优势可以通过以下方式 实现使第一部分至少部分沉积在相对透明的第二部分之上，以提高接触，如图12所 示。在本实施方式中，第一部分包括970b、 976b中的至少一个层，所述层相对光波导 的中心具有横向偏移，以使光损最小。第二部分包括层970a、 976a，所述层被直接置于 光波导上方，以提高偏压电极调制效率而又不引入明显的光损。由于第一和第二部分釆 用了两种材料和/或厚度，所以光透性、射频透性与串联电阻三者之间的相互影响较小。[115]尽管上文所述的叠层设计对于基于Z向切割型LiNb03或Z向切割型IiTa03的电 光器件特别有价值，所述光器件中的偏压电极一般置于波导上方，所述的叠层设计仍然 可用于其他基片和/或配置。例如，在一种实施方式中，偏压电极材料被置于已被蚀刻出 凹槽590、 591、 592的基片上，如图13所示。而在另一种实施方式中，基片则包括X 向切割型LiNb03、 X向切割型LiTa03、 Y向切割型LiNb03、 Y向切割型LiTa03、砷化 镓(GaAs)、磷化铟(InP)以及电光聚合物中的一种材料。[116]当然，上文所述的本发明的实施方式仅作为示例给出。本领域技术人员应可以理 解，在不背离本发明的精神和适用范围的前提下，可以对本发明中的各实施方式进行各 种省略和替换。
权利要求
1.一种电光器件，包括基片、偏压电极结构、射频电极结构和缓冲层，其中，所述基片内具有光波导；所述偏压电极结构用于在光波导中生成低频电场或直流电场，所述偏压电极结构包括第一偏压电极，所述第一偏压电极具有第一部分和第二部分，所述第一部分包括一个条带，所述条带基本与所述光波导对齐，所述第一部分的光透性高于所述第二部分的光透性；所述射频电极结构用于在所述光波导中生成射频电场，所述射频电极结构包括第一射频电极；以及所述缓冲层位于所述第一射频电极与所述第一偏压电极之间。
2. 如权利要求1所述的电光器件，其中所述第一部分包括第一材料，所述第二部分 包括第二材料，以及所述第 一材料的电阻率高于所述第二材料。
3. 如权利要求1所述的电光器件，其中所述第一部分包括具有第一厚度的第一层， 所述第二部分包括具有第二厚度的第二层，以及所述第一厚度小于所述第二厚度。
4. 如权利要求1所述的电光器件，其中所述第一部分包括氮化硅钽层和氮化硅钛层 二者中的一种，所述氮化硅钽层和氮化硅钛层在25。C下的电阻率约高于106欧/厘米(Q/cm)。
5. 如权利要求1所述的电光器件，其中所述第一部分包括氮化硅钽层和氮化硅钛层 二者中的一种，所述氮化硅钽层和氮化硅钛层的厚度小于150A。
6. 如权利要求1所述的电光器件，其中所述第二部分包括置于光波导第一侧的第一 分段。
7. 如权利要求6所述的电光器件，其中所述第二部分包括置于光波导第二相对侧的 第二分段。
8. 如权利要求1所述的电光器件，其中所述第一偏压电极和所述第一射频电极均基 本与所述光波导对齐。
9. 如权利要求1所述的电光器件，其中所述第一部分包括111203层、Sn02层和ZnO 层三者中的一种，所述111203层、Sn02层和ZnO层厚度小于150A。
10.如权利要求1所述的电光器件，包括置于所述第一射频电极与緩沖层之间的渗漏层。
11.如权利要求10所述的电光器件，其中所述渗漏层包括氮化硅钽和氮化硅钛二者中的一种，并且其中所述第一射频电极在没有粘附层时被沉积在所述渗漏层上。
12. 如权利要求1至11中任何一项所述的电光器件，其中所述第二部分包括氮化硅 钽层和氮化硅钛层二者中的一种，所述氮化硅钽层和氮化硅钛层的电阻率在-104欧/厘 米~ 106欧/厘米之间。
13. 如权利要求1至11中任何一项所述的电光器件，其中所述第一偏压电极与所述 第一射频电极直流隔离。
14. 如权利要求1至11中任何一项所述的电光器件，其中所述第一偏压电极包括第 一偏压信号电极，所述第一偏压信号电极具有第一组多个延长分段。
15. 如权利要求14所述的电光器件，其中所述第一组多个延长分段中的每一分段均 被耦合至一个公共偏压电极。
16. 如权利要求15所述的电光器件，其中所述公共偏压电极被耦合至沿其长度方向 布置的一个高导电率条带。
17. 如权利要求15所述的电光器件，其中所述公共偏压电极通过多条馈线被耦合至 所述第一组多个延长分段，所述馈线延伸至第二偏压信号电极的第二组多个延长分段。
18. 如权利要求15所述的电光器件，其中所述公共偏压电极通过多条馈线耦合至所 述第 一組多个延长分段，所述馈线间的间距取决于预定的所述偏压电极结构频率响应。
19. 如权利要求1至11中任何一项所述的电光器件，其中所述电光基片包括Z向切 割型铌酸锂和Z向切割型钽酸锂二者中的 一种。
20. 如权利要求1至11中任何一项所述的电光器件，其中所述第一偏压电极包括至 少一层由电阻率高于所述第 一射频电极的电阻率而低于所述基片的电阻率的材料生成 的层。
21. —种加工电光器件的方法，包括 提供在其内具有光波导的基片；其中在所述基片上生成第 一偏压电极层，所述第 一偏压电极层被加工成提供一个与所述 光波导基本对齐的条带；在所述第 一偏压电极层和所述基片二者中至少一个上生成第二偏压电极层，所述第 二偏压电极层被加工成包括至少一个相对所述光波导中心具有橫向偏移的条带，所述第 一偏压电极层的光透性高于所述第二偏压电极层的光透性；在所述第一偏压电极层和所述第二偏压电极层上生成一个緩冲层；并且在所述緩冲层上生成一个射频电极层，所述射频电极层被加工成包括第一射频电极。
全文摘要
本发明涉及一种电光调制器结构，所述电光调制器结构包括埋入其中的一组附加偏压电极，用于施加偏压以设置工作点。从而使得用于调制输入光信号的射频电极可以在零直流偏压下工作，减小了非密封包装中可能存在的电子迁移及其他效应造成的电极腐蚀。偏压电极包括上方分支部分和具有光透性的下方部分。具有光透性的下层可以提高调制频率并且降低光损。
文档编号G02F1/035GK101221295SQ20081000067
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月14日 优先权日2007年1月12日
发明者卡尔·基萨, 威廉·J.·明福特, 格伦·德雷克, 詹森·家詹·许 申请人:Jds尤尼弗思公司