具有共振器的光电子部件的制作方法

本发明涉及一种光电子部件，该光电子部件具有：光波导；集成光学共振器，波导或波导的至少一部分被布置在该集成光学共振器中；以及热源，该热源在操作期间能够升高共振器的温度。

背景技术：

从出版物“adiabaticresonantmicrorings(arms)withdirectlyintegratedthermalmicrophotonics”(m.r.watts,w.a.zortman,d.c.trotter,g.n.nielson,d.l.luck,andr.w.young,incleo,conferencecontributionattheconferenceonlasersandelectro-optics/quantumelectronicsandlaserscienceconferenceandphotonicapplicationssystemstechnologies:osa,2009)(“具有直接集成的热微光子的绝热共振微环(arms)”(在cleo中的m.r.watts,w.a.zortman,d.c.trotter,g.n.nielson,d.l.luck,和r.w.young，在激光和电光学会议/量子电子学以及激光科学会议上的会议投稿和光子应用系统技术：osa,2009))已知该类型的光电子部件。

技术实现要素：

本发明基于提高在开头提到的类型的光电子部件的关于它的光学性能的要求。

根据本发明，通过具有按照专利权利要求1的特征的光电子部件来满足该要求。在从属权利要求中引用根据本发明的部件的有利设计。

因此，根据本发明规定，在波导的纵向方向上观察到，连接板(web)区域横向地邻接波导，连接板区域形成波导的护套部分，并且与波导相比具有较小厚度，并且热源借助于该连接板区域被热连接到波导。

在如下事实中看到根据本发明的部件的基本优点：热源不直接邻接波导，特别地不被直接布置在波导的上方，而是经由连接板区域与该波导分离，该连接板区域形成波导的护套部分。通过在波导和热源之间设置连接板区域，由于热源的存在，能够减小波导中的光学损失；即使这样，也依然确保热源的有效的暖热操作/加热操作。

连接板区域和波导优选地由相同材料构成。

关于波导的设计，如果波导至少在共振器内的部分中是脊波导(该脊波导包括波导脊，并且在波导的纵向方向上观察到，该脊波导包括在脊的左方和右方的连接板区域，该连接板区域形成脊波导的护套部分，并且与脊相比具有较小的层厚度)，则认为波导的设计是有利的。

如果在波导的纵向方向上观察到热源被布置到脊波导的左方并且借助于左方的连接板区域被热连接到波导，并且如果在波导的纵向方向上观察到热源被布置到脊波导的右方并且借助于右方的连接板区域被热连接到波导，则是特别有利的。

关于连接板区域的设计，如果该连接板区域包括至少两个连接板部分(即，可直接加热的连接板部分和导热连接板部分，热源处于该可直接加热的连接板部分上，或者该可直接加热的连接板部分具有集成在该可直接加热的连接板部分中的热源，该导热连接板部分本身不具有热源，该导热连接板部分被布置在热源和波导之间，并且导热连接板部分将热源的热从可直接加热的连接板部分在波导的方向上传导)，则认为是有利的。

优选地，热源包括电导体区域，该电导体区域沿着波导延伸，并且能够由电流加热。

电导体区域优选地包括在半导体层中的掺杂区域，在共振器中的该半导体层形成：波导的一个波导层或波导的多个波导层中的一个波导层；和/或连接板区域的一层或连接板区域的多层中的一层。

关于电导体区域的设计，如果该电导体区域包括在半导体层上的自对准多晶硅化物层(在共振器中的该半导体层形成：波导的一个波导层或波导的多个波导层中的一个波导层；和/或连接板区域的一层或连接板区域的多层中的一层)，则进一步被视为是有利的。

此外，关于热源的设计，变体被视为是有利的，该变体的特征在于：光电子部件包括覆盖层，该覆盖层完全覆盖波导和连接板区域，或者覆盖波导和连接板区域的至少部分，并且覆盖层包括缝状通孔，该缝状通孔在它的孔纵向方向上沿着波导延伸，并且被填充有导电材料，并且热源的电导体区域至少也包括被填充有导电材料的缝状通孔。

关于热源的最佳的热分布以及关于最佳效率程度，如果电导体区域的横截面在波导的纵向方向上变化，则认为是有利的。

关于热源的布置，规定：关于部件的特别优选的设计，在波导的纵向方向上观察到，热源与共振器横向地直接相邻，并且热源借助于连接板区域被热连接到波导部分，该波导部分形成集成的光学共振器的波导部件。

关于部件的另一个同等有利的设计，规定：热源借助于连接板区域被热连接到波导部分，在波导的纵向方向上观察到，波导部分处于共振器的前方或后方。在该情形中的热流将至少经由波导本身发生在共振器中。

优选地，该部件包括工作点调节装置，该工作点调节装置包括热源、检测单元和控制单元，该检测单元用于检测表明部件的各工作点的测量变量，并且该控制单元控制热源作为检测单元的测量变量的函数，特别地，该控制单元调节通过热源的电导体区域的电流。

关于工作点调节装置的设计，如果该工作点调节装置检测部件的光学输出信号并且控制单元被设计成使得控制单元控制热源作为光学输出信号(特别是光学输出信号的幅度值或波长)的函数，则是有利的。

共振器优选是fabry-pérot共振器、环共振器或微盘共振器。

如果共振器是fabry-pérot共振器，如果该fabry-pérot共振器形成fabry-pérot调制器的一部分，则是有利的。如果共振器是fabry-pérot共振器，如果该fabry-pérot共振器配备有共振器反射镜(这些共振器反射镜由在波导中的孔或缝形成，或者通过调制波导宽度而形成)，则也是有利的。

在共振器的内部的波导优选是直的。

热源优选不与光模或在波导中传播的模重叠。

至少两个热源优选地绕波导对称地放置。

关于光电子部件的特别有利的设计，规定：电导体区域包括在半导体层中的掺杂区域或在半导体层上的自对准多晶硅化物层，并且在共振器中的该半导体层形成：波导的一个波导层或波导的多个波导层中的一个波导层；以及连接板区域的一层或连接板区域的多层中的一层。

关于最后提及的实施例，如果波导至少在共振器内的一部分中是脊波导(该脊波导包括波导脊，并且在波导的纵向方向上观察到，脊波导包括在脊的左方和右方的连接板区域，该连接板区域形成脊波导的护套部分，并且与脊相比具有较小的层厚度，并且连接板区域和波导脊由相同的半导体层形成)，则是进一步有利的。

连接板区域和波导脊优选地由相同的硅层形成。

波导因此优选地是具有由硅构成的波导半导体层的硅脊波导。在每种情形中，脊和相邻的连接板区域因此优选地由硅材料构成。波导硅层优选地处于二氧化硅层上。换言之，波导因此优选地是soi脊波导或基于soi材料的硅波导。

附图说明

现在将参考示范实施例详细地解释本发明；在附图中，以示范方式，

图1示出配备有热源的光电子部件的示范实施例的顶视图，

图2以横截面示出按照图1的部件，

图3示出光电子部件的示范实施例，其中在波导的纵向方向上观察到的热源被布置在共振器的前方或后方，即在该共振器的外部，

图4示出根据本发明的光电子部件的示范实施例，其中两个热源被布置到共振器的右方和左方，

图5示出根据本发明的光电子部件的示范实施例，其中在波导的纵向方向上观察到的两个热源被布置在共振器的外部，

图6示出根据本发明的光电子部件的示范实施例，其中热源延伸到与光导相邻的连接板区域中，

图7示出根据本发明的光电子部件的示范实施例，其中存在两个热源，该光电子部件的横截面在波导的纵向方向上变化，

图8示出根据本发明的光电子部件的示范实施例，其中热源由自对准多晶硅化物层形成，

图9示出根据本发明的光电子部件的示范实施例，其中热源包括填充有传导材料的缝状通孔，并且

图10示出作为由热源引入的相应的热输出/温度的函数的在波导中的fabry-pérot共振器的传递峰的波长依赖性的示范测量结果。

具体实施方式

在图中，为了清楚起见，通篇利用相同的附图标记标记相同的或可比较的部件。

图1示出光电子部件1的第一示范实施例。光电子部件1包括用于温度控制的热源2，该热源2由在无掺杂半导体区域50中的n-掺杂半导体区域10构成，该无掺杂半导体区域50被放置成与存在于直波导30中的fabry-pérot共振器60相邻。fabry-pérot共振器60包括两个fabry-pérot共振器反射镜61和一个fabry-pérot共振器空腔62。

n-掺杂半导体区域10具有横向于波导30的宽度b。当将电压施加到具有直径c的自对准多晶硅化物15a和15b时，由于n-掺杂半导体区域10的电阻而发生电流转换成热。随后，再次发生经由连接板区域40(也见图2)到波导30的热传输，从而导致在波导30中且也因此在fabry-pérot共振器反射镜61和fabry-pérot共振器空腔62中的温度变化。作为结果，能够选择性地控制fabry-pérot共振器60的传递特性。

在波导30的纵向方向上观察到，热源2被布置到脊波导的左方，并且经由左方的连接板区域40被热连接到波导30。

n-掺杂半导体区域10以及自对准多晶硅化物15a和15b两者均距波导30距离a，使得在波导30中引导的光模35中不出现重叠，即，以便避免吸收损失。由于与p-掺杂相比较高的电阻，半导体区域10的n-掺杂是有利的。

不由直径c或者用于热源的电接触的自对准多晶硅化物15a和15b的位置以及n-掺杂半导体区域10的尺寸和位置限制fabry-pérot共振器60的总尺寸的下限。

由于热传播被限制到半导体层50的水平，与位于波导30的上方并被这里呈氧化物层的形式的氧化物51从波导30分离的热源相比，按照图1的示范实施例中的热效率被有利地增加。

横向于波导30执行用于对fabry-pérot共振器60进行冷却的热耗散，耗散的热不必例如如在环共振器的情形中那样通过波导。

图2示出按照在图1中的示范实施例的切割线ii-ii的横截面。在波导30中引导的光模35具有场分布，通过波导30的材料和包围波导30的材料的折射率来确定该场分布。氧化物51在波导30的上方且局部地与波导30相邻，并且绝缘体52在波导30的下方。

在按照图1和图2的示范实施例中的连接板区域40和波导30由相同材料构成。

波导30(至少在共振器内的部分中)优选是脊波导，该脊波导包括波导脊，并且在波导的纵向方向上观察到，脊波导包括在脊的左方和右方的连接板区域40。连接板区域40每一个均形成脊波导的护套部分，并且与脊相比具有较小的层厚度。

在按照图2的图中和观察方向上，在波导30的纵向方向上观察到，热源2被布置到脊波导的左方，并且热源2借助于左方的连接板区域40被热连接到波导30。

热源2包括自对准多晶硅化物15a，该自对准多晶硅化物15a包含在氧化物51中制作的填充金属的通孔20a。填充在通孔20a中的金属被连接到导线21a，该导线21a继而经由另外的通孔22a与在它的上方的另外的导线电接触。

图3示出光电子部件1的另外的实施例，该光电子部件1配合有热源2。fabry-pérot共振器60如在图1中被放置在光电子部件1的波导30中。波导30的左方和右方是阳极71和阴极72。固有面积73覆盖在阳极71和阴极72之间的体积，阳极71和阴极72一起实现二极管的功能。与在固有面积73中居中布置的fabry-pérot共振器60组合，这因此构成电光学fabry-pérot调制器70。

这里在图1和图2中描述的热源2由n-掺杂半导体区域10构成，并且在波导的纵向方向上观察到，在电光学fabry-pérot调制器70的后方或前方，热源2被放置成与波导30平行，其中在n-掺杂半导体区域10和电光学fabry-pérot调制器70之间的距离e尽可能小。为了避免在热源和电光学fabry-pérot调制器70之间的寄生电流，重要的是距离e坚持最小值。为了使热传输距离最小化，在n-掺杂半导体区域和波导30之间的距离a也应该尽可能小，而不使在n-掺杂半导体区域10和被引导的光模35之间的重叠导致吸收损失。

图4示出光电子部件1的示范实施例，其具有两个热源2。热源2用于控制fabry-pérot共振器60的温度。与在图1中示出的示范实施例不同，这里的热源2被实现为p-掺杂半导体区域11。两个优选相同的热源2被以距离a对称地放置在波导30的左方和右方。这确保了向fabry-pérot共振器60的对称的热输入，使得被引导的光模的场分布也经由产生的折射率的变化而对称地被改变，就波导30中的传播损失而言，这是有利的。为了实现在整个波导宽度f上的温度变化，在热源仅被放置在一侧上的情形中，必须考虑用于热传输的最大距离a+f。如果两个热源被对称地放置在两侧上，则用于热传输的最大距离被减小到a+0.5f，由此增加加热效率。

图5示出光电子部件1的另外的示范实施例，其配备有用于电光学fabry-pérot调制器70的温度控制的两个热源2。不同于在图3中示出的示范实施例，被实现为n-掺杂半导体区域10的两个优选相同的热源2被以距离a对称地放置在波导30的左方和右方，并且在波导30的方向上以距离e被放置在电光学fabry-pérot调制器70的后方或前方。这确保了向fabry-pérot调制器70的对称的热输入，作为向fabry-pérot调制器70的对称的热输入的结果，被引导的光模的场分布也经由产生的折射率的变化而对称地被改变，就波导30中的传播损失而言，这是有利的。为了实现在整个波导宽度f上的温度变化，在热源仅被放置在一侧上的情形中，必须考虑用于热传输的最大距离a+f。如果两个热源被对称地放置在两侧上，则用于热传输的最大距离被减小到a+0.5f，由此增加加热效率。

图6示出光电子部件1的另外的示范实施例，其配合有用于电光学fabry-pérot调制器70的温度控制的两个热源2。不同于在图5中示出的示范实施例，n-掺杂半导体区域10延伸直到连接板区域40中。由于该布置，能够减小n-掺杂半导体区域10距波导30的距离，从而也减小距离a并且由此提高热效率。随着在波导30和n-掺杂半导体区域10之间的距离a减小，在波导30中传播的光辐射的吸收增加。因此，必须为距离a寻找平衡，该平衡将高的热效率与可容忍的光学损失结合。

图7示出用于光电子部件1的另外的示范实施例，其配合有用于电光学fabry-pérot调制器70的温度控制的两个热源2。不同于在图4中示出的示范实施例，热源在这里被实现为n-掺杂半导体区域10。此外，n-掺杂半导体区域10的横向于波导30的宽度从在自对准多晶硅化物15a和15b以及在每种情形中在自对准多晶硅化物的上方的竖直的填充金属的通孔20、20b附近的宽度b与波导30的方向平行地变窄到在n-掺杂半导体区域10的中央的宽度d。n-掺杂半导体区域10的与变窄相关联的横截面的减小导致电阻的增加。因此在具有宽度d的该部分中出现较强的热积聚，由此增加热效率。

图8示出按照图1的示范实施例的变体，其中没有n-掺杂或p-掺杂半导体区域，并且替代地，使用挤压自对准多晶硅化物16作为热源，该挤压自对准多晶硅化物16呈与波导30的方向平行的条的形式。自对准多晶硅化物的较薄层厚度允许实现空间上较强的局部化热源。

此外，图8示出控制单元100，该控制单元100控制热源2作为检测单元的测量变量m的函数，为了清楚的原因未示出该检测单元，该控制单元特别通过热源的电导体区域来调节电流。检测单元优选地用于检测表明部件1的各工作点的测量变量。

热源2、用于检测表明部件1的各工作点的测量变量m的检测单元和控制单元100形成部件1的工作点调节装置。

检测单元优选检测部件1的光学输出信号，并且控制单元100优选启动热源2作为光学输出信号(特别是光学输出信号的幅值或波长)的函数。

图9以轴测图示出按照图8的根据本发明的示范实施例的变体。除了在非掺杂半导体区域50上的挤压自对准多晶硅化物16之外，在氧化物51中的挤压竖直金属填充通孔23在这里与波导30的方向平行地被实现为用于fabry-pérot共振器60的热源。该变体允许实现空间上更延伸的热源。

图10示出曲线图，其中将fabry-pérot共振器的传递峰的光谱波长位移点绘作为供应的热输出对fabry-pérot共振器中产生的温度的函数。能够在若干纳米宽的区域中控制传递峰的波长。

波导30优选地是硅脊波导，其以由硅构成的波导半导体层形成。脊/波导30和相邻的连接板区域40由此优选地分别由硅材料构成。波导硅层优选地处于由二氧化硅特别是二氧化硅层构成的氧化物51上。换言之，波导优选地是soi脊波导或基于soi材料的硅波导。

在波导30/脊的区域中的硅层的层厚度优选处于150nm和300nm之间的范围中。在相邻的连接板区域40中的层厚度优选处于50nm和200nm之间的范围中。在脊高度(即脊区域中的层厚度)和相邻的连接板区域40中的层厚度之间的比率优选地处于1.2和4.5之间的范围中。

虽然已经通过优选的示范实施例示出并更详细地描述了本发明，但是本发明不由公开的实例限制，并且在不偏离本发明的保护范围的情况下，专家可以从本发明得到其它变型。

附图标记列表

1光电子部件

2热源

10n-掺杂半导体区域

11p-掺杂半导体区域

15a/b自对准多晶硅化物

16挤压自对准多晶硅化物

20a/b通孔

21a/b导线

22a/b另外的通孔

23挤压通孔

30波导

35波导模强度/光模

40连接板区域

50未掺杂半导体区域

51氧化物层

52绝缘体

60fabry-pérot共振器

61fabry-pérot共振器反射镜

62fabry-pérot共振器空腔

70fabry-pérot调制器

71阳极

72阴极

73固有面积

100控制单元

a热源到波导的距离

b热源的在x方向上的宽度

c在自对准多晶硅化物上的通孔的直径

d热源的在x方向上的变窄宽度

e热源到调制器的距离

f波导宽度

m测量变量

x绘制的坐标系的x方向

y绘制的坐标系的y方向

z绘制的坐标系的z方向