CN102955266A - 光学半导体元件 - Google Patents
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Abstract
一种包括光学半导体元件的装置，该光学半导体元件包括：波导，输入光被输入到所述波导中；多个环形调制器，具有不同的光学周长，且被光耦合至所述波导；以及控制单元，被配置为选择性地将调制信号施加给谐振波长与所述输入光的波长相同的所述多个环形调制器的至少之一。由于设置了多个具有不同谐振波长的环形调制器，并且选择性地驱动谐振波长与CW光的波长相同的环形调制器，因而可实现高效率调制和宽波段内的波长控制。
Description
技术领域
本文所讨论的实施例涉及一种光学半导体元件。
背景技术
为了降低光收发器的尺寸和功耗并提高光收发器的性能（capacity），将光学器件设置在硅衬底上至关重要。由于形成在硅衬底上的光学器件可使用具有大的相对折射率差值的光波导，因而这种光学器件有利于减小光收发器的尺寸，并可与电子电路集成。因此，一个芯片可包括多个光收发器。
尤其是，作为光学器件的调制器的特性会对光收发器的功耗和尺寸产生很大影响。由于环形调制器具有小的元件尺寸、小的调制电压以及小的光损耗，因此环形调制器有利于减小光收发器的尺寸和降低其功耗。
[专利文献]美国专利公开No.2009/0169149
[专利文献]日本特许专利公开No.2005-055882。
然而，在环形调制器中，当环形调制器的调制效率被提高时，可进行调制的波段会缩窄。
发明内容
本公开提供一种能够实现高调制效率和宽波段的光学半导体元件。
根据本发明的一个方案，一种包括光学半导体元件的装置，该光学半导体元件包括：波导，输入光被输入到所述波导中；多个环形调制器，具有不同的光学周长，并且被光耦合至所述波导；以及控制单元，被配置为选择性将调制信号施加给谐振波长与所述输入光的波长相同的所述多个环形调制器的至少之一。
通过权利要求中具体给出的元件和组合，本发明的目的和优点将得以实现和达到。
应该理解，如权利要求所述，前述的一般性描述和下文的详细描述都是示意性和解释性的，并非对本发明的限制。
附图说明
图1为示出根据第一实施例的光学半导体元件的结构的示意图；
图2为示出根据第一实施例的光学半导体元件的结构的第一剖视图；
图3为示出根据第一实施例的光学半导体元件的结构的第二剖视图；
图4为示出根据第一实施例的光学半导体元件中的调制单元的结构的示意图；
图5为示出根据第一实施例的光学半导体元件中的调制单元中的光损耗的波长特性的第一图表；
图6为示出根据第一实施例的光学半导体元件中的调制单元中的光电流和电压Vm的波长特性的图表；
图7为示出根据第一实施例的光学半导体元件的操作的示意图；
图8为示出根据第一实施例的光学半导体元件中的调制单元中的光损耗的波长特性的第二图表；
图9为示出根据第一实施例的光学半导体元件的传输率（transmittance）的波长特性的第一图表；
图10为示出根据第一实施例的光学半导体元件中的调制单元中的光损耗的波长特性的第三图表；
图11为示出根据第一实施例的光学半导体元件的传输率的波长特性的第二图表；
图12为示出作为参考的光学半导体元件的结构的示意图；
图13为示出作为参考的光学半导体元件中的调制后光输出功率的波长特性的第一图表；
图14为示出作为参考的光学半导体元件中的调制后光输出功率的波长特性的第二图表；
图15为示出作为参考的光学半导体元件中的调制后光输出功率的波长特性的第三图表；
图16为示出作为参考的光学半导体元件中的调制后光输出功率的波长特性的第四图表；
图17为示出根据第二实施例的光学半导体元件的结构的示意图；
图18为根据第二实施例的光学半导体元件的剖视图；
图19为示出根据第三实施例的光学半导体元件的结构的示意图；
图20为示出根据第三实施例的光学半导体元件的结构的第一剖视图；
图21为示出根据第三实施例的光学半导体元件的结构的第二剖视图；
图22为示出根据第三实施例的光学半导体元件中的调制单元中的光损耗的波长特性的第一图表；
图23为示出根据第三实施例的光学半导体元件中的调制单元中的光损耗的波长特性的第二图表；
图24为示出根据第四实施例的光学半导体元件的结构的示意图；
图25为示出根据第四实施例的光学半导体元件的结构的第一剖视图；
图26为示出根据第四实施例的光学半导体元件的结构的第二剖视图；
图27为示出根据第四实施例的光学半导体元件的结构的第三剖视图；
图28为示出根据第五实施例的光学半导体元件的结构的示意图；
图29为示出根据第五实施例的光学半导体元件的结构的第一剖视图；
图30为示出根据第五实施例的光学半导体元件的结构的第二剖视图；
图31为示出根据第六实施例的光学半导体元件的结构的示意图。
具体实施方式
[第一实施例]
下面将参考图1至图6描述根据第一实施例的光学半导体元件。
图1为示出根据本实施例的光学半导体元件的结构的示意图。图2和图3为示出根据本实施例的光学半导体元件的结构的剖视图。图4为示出根据本实施例的光学半导体元件中的调制单元的结构的示意图。
图5、图8以及图10为示出根据本实施例的光学半导体元件中的调制单元中的光损耗的波长特性的图表。图6为示出根据本实施例的光学半导体元件中的调制单元中的光电流和电压Vm的波长特性的图表。图7为示出根据本实施例的光学半导体元件的操作的示意图。图9和图11为示出根据本实施例的光学半导体元件的传输率的波长特性的图表。图12为示出作为参考的光学半导体元件的结构的示意图。图13至图16为示出作为参考的光学半导体元件中的调制后光输出功率的波长特性的图表。
首先，下面将参考图1至图3描述根据本实施例的光学半导体元件的结构。图2为沿图1的线A-A’截得的光学半导体元件的剖视图。图3为沿图1的线B-B’截得的光学半导体元件的剖视图。
如图1所示，根据本实施例的光学半导体元件包括线性波导10以及用于对输入到线性波导10中的光进行调制的多个调制单元33。
每个调制单元33包括被设置为光耦合至线性波导10的环形调制器。所述环形调制器16包括环形波导34，在该环形波导34上设置有光调制单元37和光检测单元（光检测器）38。用于将调制信号施加到光调制单元37的电极36a和36b连接至光调制单元37。作为用于检测光电流的电极，电极36c和电极36b连接至光检测单元38。电极36b被光调制单元37和光检测单元38共享。用于光检测单元38的电极36c连接至控制单元28的输入端子（terminal）。电极36c还经由电阻器24连接至Vdd线32。旁路电容器26连接在电极36c与接地线之间。用于光调制单元37的电极36a连接至控制单元28的输出端子。电极36b连接至接地线。
控制单元28包括串联在调制信号线30与接地线之间的p型耗尽型晶体管20和n型增强型晶体管22。p型耗尽型晶体管20的栅极端子和n型增强型晶体管22的栅极端子用作输入端子并连接至用于光检测单元38的电极36c。连接p型耗尽型晶体管20和n型增强型晶体管22的端子用作输出端子并连接至用于光调制单元37的电极36a。在本说明书中，光检测单元38有时也被称作控制单元。
调制单元33被设计为使得环形调制器16中的环形波导34的直径彼此不同。例如，调制单元33被设计为使得环形调制器16中的环形波导34的直径从输入光的线性波导10的输入端12至输出调制光的线性波导10的输出端14逐渐增加。
例如，从线性波导10的输入端12依次设置包括环形调制器16的41个调制单元33，其中环形调制器16包括直径在9950nm至10050nm范围内以2.5nm的梯级变化的多个环形波导34。
环形波导34的直径的设定范围被适当确定，以使得由环形波导34的直径（光学周长）确定的环形调制器16的谐振波长的范围包括输入光的假设波长范围。调制单元33的数量可适当改变。图1示出在m个调制单元33中的第（n-1）个至第（n+1）个调制单元33。
如图2和图3所示，图1中所示的光波导的结构可利用绝缘体上硅（SOI）衬底52获得。
例如，线性波导10和环形波导34的每一个是通过图案化SOI层54呈台面形（in a mesa）而形成。
例如，光调制单元37可由形成在一部分环形波导34处的p+型导电层56、外延生长在p+型导电层56上的SiGe光吸收层58、以及形成在光吸收层58上的多晶硅n+型导电层60形成。
光检测单元38可由形成在另一部分环形波导34处的p+型导电层56a、外延生长在p+型导电层56a上的SiGe光吸收层58a、以及形成在光吸收层58a上的多晶硅n+型导电层60a形成。
在线性波导10、环形波导34、光调制单元37以及光检测单元38的周围，形成二氧化硅层62。该二氧化硅层62用作环绕在线性波导10和环形波导34四周的包覆层（cladding）。
电极36a、36b以及36c形成在二氧化硅层62上。电极36a经由在二氧化硅层62中的VIA线64a连接至p+型导电层56。电极36b分别经由在二氧化硅层62中的VIA线64b和64d连接至n+型导电层60和60a。电极36c经由在二氧化硅层62中的VIA线64c连接至p+型导电层56a。电极36a、36b以及36c例如可由铜制成。VIA线64a至64d例如可由钨制成。
接下来，将参考图4至图16描述根据本实施例的光学半导体元件的操作。
首先，将描述每个调制单元33的基本操作。
如图4所示的，波长为λ的连续波（CW）光被输入到线性波导10的输入端12中。当输入到线性波导10的输入端12中的CW光的波长与环形调制器16的谐振波长匹配时，CW光被引导至环形调制器16中的环形波导34。被引导至环形波导34的光环绕环形波导34而传播，并被引导至线性波导10作为输出光。
在一部分环形波导34处，设置光调制单元37。光调制单元37由吸收系数随电场强度而变的电吸收材料（EA材料）制成。通过对EA材料施加电压，在环形波导34中吸收系数可以改变。例如，当把吸收系数随着电场的增加而增加的SiGe用作EA材料时，在环形波导34中光损耗随着施加在光调制单元37上的电压的增加而增加，如图5中的箭头所示。
其结果是，在环形调制器16的谐振波长附近，调制信号V越大，环形调制器16中的损耗就越大。从环形调制器16引导至线性波导10的光的强度因此而降低。这导致从线性波导10的输出端14输出的光的强度降低。
因此，当CW光的波长和环形调制器16的谐振波长彼此相近时，可通过改变施加在光调制单元37上的电压来进行光强度调制。
在另一部分环形波导34处，设置光检测单元38。光检测单元38对引导至环形波导34的光的强度进行检测。经由电阻器24将电压Vdd施加至光检测单元38，并且光检测单元38被反向偏压。结果，引导至环形波导16的光被光检测单元38中的光吸收层58a所吸收，并被检测为光电流Ip。
由光检测单元38检测的光电流Ip大体上与环形调制器16中的光功率P成比例。因此，例如，如图6所示，光电流Ip在CW光的波长与环形调制器16的谐振波长相匹配的波长范围内具有峰值。
在Ip=Ip,max的时刻（其中Ip,max表示在CW光的波长与环形调制器16的谐振波长相匹配时光电流Ip的最大值），施加在光检测单元38上的电压（电极36c的电压）变为最小。假设用于光检测单元38的电极36c的电压为Vm，以及电阻器24的电阻值为Rm，则电压Vm可通过下述的等式（1）表示：
Vm=Vdd-RmIp…(1)
这里，假设电阻器24的电阻值Rm被设定为Vdd/Ip,max。在这种情况下，当CW光的波长与环形调制器16的谐振波长相匹配时，电压Vm变为零。CW光的波长越远离环形调制器16的谐振波长，电压Vm就越接近电压Vdd。
电极36c还连接至控制单元28的输入端子。电极36c的电压Vm也被施加在控制单元28的输入端子上。
当电压Vm为零时，p型耗尽型晶体管20导通而n型增强型晶体管22截止。结果是，调制信号V被施加至环形调制器16中的电极36a。
另一方面，当电压Vm接近电压Vdd时，p型耗尽型晶体管20截止而n型增强型晶体管22导通。结果是，调制信号V不被施加至环形调制器16中的电极36a。
因而，控制单元28根据由光检测单元38检测的信号的值改变调制信号的输入端子与环形调制器16之间的阻抗，以便为待施加至环形调制器16的调制信号分配权重。
因而，在调制单元33中，当CW光的波长与环形调制器16相匹配时，将调制信号V施加至光调制单元37，并利用调制信号V进行光的强度调制。另一方面，当CW光的波长与环形调制器16不匹配时，不将调制信号V施加至光调制单元37，而且不进行光的强度调制。
如前所述，根据本实施例的光学半导体元件包括多个调制单元33，该多个调制单元33包括具有不同环长度的环形调制器16。因而，在这些调制单元33之内，在包括谐振波长等同于CW光的波长的环形调制器16的调制单元33中，将调制信号V施加至其环形调制器16，如图7中的箭头所示。另一方面，在包括谐振波长不同于CW光的波长的环形调制器16的其他调制单元33中，不将调制信号V施加至其环形调制器16，如图7中带×的箭头所示。
当调制电压V为Vlow时，将调制电压V施加至谐振波长等同于CW光的波长的环形调制器16（例如，在第n个调制单元33中的环形调制器16）。然而，由于调制电压V的值很小，所以不会增加光损耗。在谐振波长不同于CW光的波长的环形调制器16中，由于不将调制电压V施加至环形调制器16，所以不会增加光损耗。因此，产生了等效于将调制电压Vlow施加至所有环形调制器16的状态，并且在包括多个环形调制器16的谐振波长的波长范围内降低了损耗。
即，可获得图8中所示的第（n-1）个至第（n+1）个环形调制器的损耗曲线S1至S3。损耗曲线S4表示所有环形调制器中的损耗相加的结果。结果是，考虑到所有环形调制器16中产生的光损耗，可获得图9中所示的根据本实施例的光学半导体元件的传输特性。
如图9所示，多个环形调制器16的传输率曲线均匀重叠。由于在调制电压V=Vlow的时刻每个环形调制器16中产生的光损耗很小，因此所有环形调制器16的传输特性被表示为高传输率的平坦曲线。
另一方面，当调制电压V为Vhigh时，将调制电压Vhigh施加至谐振波长等同于CW光的波长的环形调制器16（例如，第n个调制单元33中的环形调制器16），并且光损耗增加。由于不将调制电压V施加至谐振波长不同于CW光的波长的环形调制器16，因而不会增加光损耗。因此，光损耗仅在CW光的波长附近增加，而在其它波长范围内很小。
即，获得图10中所示的第（n-1）个至第（n+1）个环形调制器的损耗曲线S1至S3。损耗曲线S4表示所有环形调制器的损耗相加的结果。结果是，考虑到所有环形调制器16中产生的光损耗，可获得图11中所示的根据本实施例的光学半导体元件的传输特性。
因而，通过选择性地仅驱动与待被调制的CW光的波长谐振的环形调制器16，能够利用具有窄波段的环形谐振器有效地对具有各种波长的CW光进行操作。
接下来，将通过与作为参考的光学半导体元件进行比较来描述使用根据本实施例的光学半导体元件的优点。
如图12所示，作为比较实例的光学半导体元件80包括线性波导82和84以及形成在线性波导82与84之间的环形波导86。从线性波导82的一端输入的CW光从线性波导82的另一端输出。利用来自驱动电路88的调制信号（其被施加在电极94a和94b的每一个与电极94c之间），改变环形波导86的谐振波长，以对从线性波导82的另一端输出的光进行调制。在光学半导体元件80中，控制单元98根据由连接至线性波导84的光检测器96检测的电流来控制加热器100，以使CW光的波长和环形波导86的谐振波长相一致。
在图12中所示的光学半导体元件80中，假设根据线性波导82与环形波导86之间的距离而设定的功率传输率为T1，并且根据线性波导84与环形波导86之间的距离而设定的功率传输率为T2。功率传输率为从一波导传输至另一波导的光功率的百分比。波导之间的距离越小，功率传输率就越高。功率传输率越高，即，波导之间的距离越小，调制后光输出功率曲线中的峰值波段就越宽。
当功率传输率低时，例如，T1=T2=1%，可获得图13所示的调制后光输出功率曲线。在不将调制信号施加至环形波导86的状态（电压V0）下，可获得以实线表示的调制后光输出功率曲线。在将调制信号施加至环形波导86的状态（电压Von）下，可获得以虚线表示的调制后光输出功率曲线。
因而，当功率传输率低时，每个调制后光输出功率曲线的峰值变得陡峭，且调制后光输出功率曲线中的峰值波段变窄。这表明针对调制信号的变化，调制后光输出功率的变化很大。陡峭的调制后光输出功率曲线对于光学半导体元件的调制效率的改善是有效的。
另一方面，当功率传输率高时，例如，T1=T2=40%，可获得图14所示的调制后光输出功率曲线。在不将调制信号施加至环形波导86的状态（电压V0）下，可获得以实线表示的调制后光输出功率曲线。在将调制信号施加至环形波导86的状态（电压Von）下，可获得以虚线表示的调制后光输出功率曲线。
因而，当功率传输率高时，针对波长的变化，调制后光输出功率的变化很小，并且调制效率很低，如图14中的箭头所示。另一方面，由于调制后光输出功率曲线中的峰值波段是宽的，因此可提高输入光的波长与环形波导86的谐振波长之间的容许差值。
在后文中，针对光学半导体元件80的高调制效率，假设了低功率传输率的情况。当CW光的波长与环形波导86的谐振波长相匹配时，在电极94a和94b的每一个与电极94c之间不施加电压的状态（电压V0）下，可获得对应于图15中实线上的黑点的输出功率。当CW光的波长与环形波导86的谐振波长相匹配时，在电极94a和94b的每一个与电极94c之间施加了电压的状态（电压Von）下，可获得对应于图15中虚线上的黑点的输出功率。
因而，当CW光的波长与环形波导86的谐振波长匹配时，可通过在电极94a和94b的每一个与电极94c之间施加电压来充分地对调制后光输出功率进行调制。
然而，由于制造差异和环境温度变化的原因，CW光的波长与环形波导86的谐振波长不一定匹配。当CW光的波长与环形波导86的谐振波长不匹配时，尽管例如如图16中所示对环形波导86施加了电压，调制后光输出功率的改变却不够充分。
在这种情况下，加热器100用于使环形波导86的谐振波长与CW光的波长相一致。然而，如前所述，由于调制后光输出功率的波段很窄，因而难以使环形波导86的谐振波长与CW光的波长相一致。
因而，在作为参考的光学半导体元件80中，调制效率的提高与输入光的波长与环形谐振器的谐振波长之间的容许差值的增大是相互矛盾的需求。
在根据本实施例的光学半导体元件中，由于设置了多个具有不同谐振波长的环形谐振器，输入光的波长与环形谐振器的谐振波长之间的容许差值得以增大。由于选择性地驱动具有与CW光的波长相同的谐振波长的环形谐振器，因此可使用具有窄波段的调制后光输出功率的环形调制器。其结果是，可同时实现调制效率的提高和在输入光的波长与环形谐振器的谐振波长之间的容许差值的增大。另外，能够对具有各种波长的CW光进行操作。
根据本实施例，由于设置了多个具有不同谐振波长的环形调制器，并且选择性地驱动谐振波长与CW光的波长相同的环形调制器，因而可实现高效率调制和宽波段内的波长控制这两者。
[第二实施例]
下面将参考图17和图18描述根据第二实施例的光学半导体元件。采用同样的参考标记来标示已经参考图1至图16所描述的根据第一实施例的光学半导体元件中的部件，并且将忽略或简化其描述。
图17为示出根据本实施例的光学半导体元件的结构的示意图。图18为沿图17的线A-A’截得的光学半导体元件的剖视图。
如图17所示，除了环形调制器16被设置为光耦合至线性波导10的上侧之外，根据本实施例的光学半导体元件与根据第一实施例的光学半导体元件相同。
例如，如图18所示，环形波导34可由SiGe光吸收层58以及形成在SOI层54上的非晶硅（amorphous silicon）层101形成。在这种情况下，光调制单元37和光检测单元38由SiGe光吸收层58形成，并且作为环形谐振器中的无源波导的其它部分由非晶硅层101形成。
即使在环形波导16被光耦合至线性波导10的上侧的情况下，根据第二实施例的光学半导体元件可实现与根据第一实施例的光学半导体元件类似的功能。
因而，如同在第一实施例中那样，在本实施例中，由于设置了多个具有不同谐振波长的环形调制器，并且选择性地驱动谐振波长与CW光的波长相同的环形调制器，因而可实现高效率调制和宽波段内的波长控制这两者。
[第三实施例]
下面将参考图19至图23描述根据第三实施例的光学半导体元件。采用同样的参考标记来标示已经参考图1至图18所描述的根据第一实施例和第二实施例的光学半导体元件中的部件，并且将忽略或简化其描述。
图19为示出根据本实施例的光学半导体元件的结构的示意图。图20为沿图19的线A-A’截得的光学半导体元件的剖视图。图21为沿图19的线B-B’截得的光学半导体元件的剖视图。图22和图23为示出根据本实施例的光学半导体元件中的调制单元中的光损耗的波长特性的图表。
如图19所示，除了光调制单元37和光检测单元38的结构之外，根据本实施例的光学半导体元件与根据第一实施例的光学半导体元件相同。
例如，如图20所示，光调制单元37包括沿光波导方向形成在环形波导34的径向外侧和径向内侧的n型区102和p型区103。n型区102和p型区103的位置可以改变。
例如，如图21所示，光检测单元38包括沿光波导方向形成在环形波导34的径向外侧和径向内侧的n型区102a和p型区103a，以及外延生长在n型区102a和p型区103a上的SiGe光吸收层58a。
电极36a、36b以及36c形成在二氧化硅层62上。电极36a经由二氧化硅62层中的VIA线64e连接至n型区102。电极36b分别经由二氧化硅62层中的VIA线64f和64h连接至p型区103和103a。电极36c经由VIA线64g连接至n型区102a。VIA线64e至64h例如由钨制成。
根据本实施的光学半导体元件利用在电极36a与36b之间施加的调制信号V改变环形调制器16的谐振波长，以便对从线性波导10的输出端14输出的光进行调制。能够利用施加在电极36a和36b之间的电压改变环形调制器16的谐振波长，从而改变用于环形波导34的材料的折射率。
当调制电压V为Vlow时，可获得图22所示的第（n-1）个至第（n+1）个环形调制器的损耗曲线S1至S3。损耗曲线S4表示所有环形调制器中的损耗相加的结果。
另一方面，当调制电压V为Vhigh时，与CW光的波长相同的环形调制器16（例如，第n个调制单元33中的环形调制器16）的谐振波长迁移至长波长侧。与此同时，环形调制器16的损耗曲线也迁移至长波长侧。由于未将调制电压V施加至谐振波长不同于CW光的波长的环形调制器16，因此此环形调制器16的谐振波长不会改变。因此，光损耗仅在CW光的波长附近降低，而光损耗在被改变的环形调制器16的谐振波长附近增加。
即，可获得图23中所示的第（n-1）个至第（n+1）个环形调制器的损耗曲线S 1至S3，损耗曲线S4表示所有环形调制器中的损耗相加的结果。其结果是，如同在根据第一实施例的光学半导体元件中那样，在根据本实施例的光学半导体元件中，可获得类似的调制效果。
因而，如同在上文描述的实施例中那样，在本实施例中，由于设置了多个具有不同谐振波长的环形调制器，并且选择性地驱动谐振波长与CW光的波长相同的环形调制器，因而可实现高效率调制和宽波段内的波长控制这两者。
[第四实施例]
下面将参考图24至图27描述根据第四实施例的光学半导体元件。采用同样的参考标记来标示已经参考图1至图23描述的根据第一实施例至第三实施例的光学半导体元件中的部件，并且将忽略或简化其描述。
图24为示出根据本实施例的光学半导体元件的结构的示意图。图25为沿图24的线A-A’截得的光学半导体元件的剖视图。图26为沿图24的线B-B’截得的光学半导体元件的剖视图。图27为沿图24的线C-C’截得的光学半导体元件的剖视图。
如图24所示，在根据本实施例的光学半导体元件中，光检测器38不是设置在环形波导34中而是设置在环形波导34的外部。
经由光耦合至环形波导34的波导，引导至环形波导34的光被设置在环形波导34外部的光检测单元38检测。用于检测光电流Ip的电极36d和36c连接至光检测单元38。用于光检测单元38的电极36d经由电阻器24连接至Vdd线32，并进而连接至控制单元28的输入端子。电极36e连接至接地线。
环形波导34和上述波导例如具有图25和图26中所示的结构。例如，波导104通过图案化SOI层54呈台面形（in a mesa）而形成。
例如，如图27所示，光检测单元38包括n型层105和p型层106（均由类似于环形波导34的材料制成）、以及外延生长在n型层105和p型层106上的SiGe光吸收层58a。
形成在二氧化硅62上的电极36d和36e分别经由VIA线64i和64j连接至n型层105和p型层106。电极36d和36e例如由铜制成。VIA线64i和64j例如由钨制成。
因而，光检测单元38可设置在环形波导34的外部，并可通过光检测单元38检测光电流Ip。
[第五实施例]
下面将参考图28至图30描述根据第四实施例的光学半导体元件。采用同样的参考标记来标示已经参考图1至图27所描述的根据第一实施例至第四实施例的光学半导体元件中的部件，并且将忽略或简化其描述。
图28为示出根据本实施例的光学半导体元件的结构的示意图。图29为沿图28的线A-A’截得的光学半导体元件的剖视图。图30为沿图28的线B-B’截得的光学半导体元件的剖视图。
如图28所示，除了光调制单元37和光检测单元38的结构之外，根据本实施例的光学半导体元件与根据第一实施例的光学半导体元件相同。
如图29所示，光调制单元37由形成在环形波导34上的n型InP层110、形成在n型InP层110上的多量子阱112和金属层116、形成在多量子阱112上的p型InP层114、以及形成在p型InP层114上的金属层118所形成。
如图30所示，光检测单元38由形成在环形波导34上的n型InP层110a、形成在n型InP层110a上的多量子阱112a和金属层116a、形成在多量子阱112a上的p型InP层114a、以及形成在p型InP层114a上的金属层118a所形成。
形成在二氧化硅层62上的电极36a经由VIA线64k连接至金属层116。形成在二氧化硅层62上的电极36b分别经由VIA线64l和64m连接至金属层118和118a。形成在二氧化硅层62上的电极36c经由VIA线64n连接至金属层116a。
因而，光调制单元37和光检测单元38的每一个可由多量子阱形成。
[第六实施例]
下面将参考图31描述根据第四实施例的光学半导体元件。采用同样的参考标记来标示已经参考图1至图30描述的根据第一实施例至第五实施例的光学半导体元件中的部件，并且将忽略或简化其描述。
图31为示出根据本实施例的光学半导体元件的结构的示意图。
如图31所示，除了在控制单元28的输入端子与电极36c之间进一步设置运算放大器120之外，根据本实施例的光学半导体元件与根据第一实施例的光学半导体元件相同。
运算放大器120的正相（non-inverting）输入端子连接至地线。运算放大器120的反相（inverting）输入端子连接至电极36c。运算放大器120的输出端子连接至p型耗尽型晶体管20的输入端子和n型增强型晶体管22的输入端子。电阻器24连接至运算放大器120的负极（negative）端子和输出端子。电压Vdd被施加至电极36f。
运算放大器120可将由光检测单元38检测出的光电流Ip转换为电压Vm，并将电压Vm输入到控制单元28中。
[改型]
本公开不限于上述实施例，而可作出各种变化。
例如，在上文描述的实施例中，设置了多个具有不同直径的圆环形调制器。然而，在具有不同的环行光路长度的前提下，这些调制器可具有其他形状。例如，可使用弯角角部为弧形的多边环形调制器。
在上文描述的实施例中，控制单元28由包括p型耗尽型晶体管20和n型增强型晶体管22的电路形成。然而，也可使用另外的电路形成控制单元28，利用此另外的电路，在光检测单元38的输出处于高电位时将调制信号施加至光调制单元37，并且在光检测单元38的输出处于低电位时不将调制信号施加至光调制单元37。
在上文描述的实施例中，环形波导34由硅制成，但是也可由其它材料制成。
在第四实施例中，在根据第三实施例的光学半导体元件中所包含的光检测单元38被设置在环形波导34的外部。然而，在根据其他实施例的光学半导体元件中所包含的光检测单元38也可设置在环形波导34的外部。
在第五实施例中，使用多量子阱来形成光调制单元37和光检测单元38的每一个。然而，任何块状体（bulk）、量子线以及量子点均可用于形成光调制单元37和光检测单元38的每一个。
根据第六实施例的光学半导体元件中所包含的运算放大器120可用在根据第一实施例至第五实施例中的光学半导体元件中。
在上述实施例中已经描述的光学半导体元件的结构、结构参数以及材料仅为示意性实例，并且可以利用本领域普通技术人员的技术知识作出各种改型和变化。
本文所详述的所有实例和条件性语言仅为教示性目的，以帮助读者理解本发明和由发明人为发展技术而贡献的概念，且应被解释为不限于这些具体描述的实例和条件，并且说明书中的这些实例的编排也无关本发明的优劣。尽管已经详细描述了本发明的实施例，然而应理解，在不背离本发明的精神和范围的情形下可作出各种改变、替换以及变型。
Claims (12)
1.一种光学半导体元件，包括：
波导，输入光被输入到所述波导中；
多个环形调制器，具有不同的光学周长，并且所述环形调制器被光耦合至所述波导；以及
控制单元，被配置为选择性地将调制信号施加至谐振波长与所述输入光的波长相同的所述多个环形调制器的至少之一。
2.一种光学半导体元件，包括：
波导，输入光被输入到所述波导中；以及
多个调制单元，每个调制单元包括：
环形调制器，被光耦合至所述波导，
光检测器，被配置为监测所述环形调制器中的光功率，以及
控制单元，被连接在所述环形调制器与所述光检测器之间，并且该控制单元被配置为基于由所述光检测器检测的信号将调制信号施加至所述环形调制器，以及
其中在所述多个调制单元中包括的多个环形调制器具有不同的光学周长。
3.根据权利要求2所述的光学半导体元件，其中，所述控制单元基于由所述光检测器检测的信号的值对待施加至所述环形调制器的调制信号加上权重。
4.根据权利要求2所述的光学半导体元件，其中，所述控制单元基于由所述光检测器检测的信号的值改变用于调制信号的输入端子与所述环形调制器之间的阻抗。
5.根据权利要求2所述的光学半导体元件，其中，当所述输入光的波长与所述环形调制器的谐振波长匹配时，所述控制单元将所述调制信号施加至所述环形调制器。
6.根据权利要求5所述的光学半导体元件，其中，当由所述光检测器检测的信号的值为最大值时，所述控制单元确定所述输入光的波长与所述环形调制器的谐振波长相匹配。
7.根据权利要求2所述的光学半导体元件，其中，所述光检测器被形成在所述环形调制器的一部分处。
8.根据权利要求7所述的光学半导体元件，其中，用于所述光检测器的电极和用于所述光调制器的电极被分开形成。
9.根据权利要求2所述的光学半导体元件，其中，所述光检测器被形成在所述环形调制器的外部。
10.根据权利要求1所述的光学半导体元件，其中，所述多个环形调制器的谐振波长分布的波长范围包括所述输入光的假设波长范围。
11.根据权利要求1所述的光学半导体元件，其中，所述环形调制器通过改变光吸收量来调制所述输入光。
12.根据权利要求1所述的光学半导体元件，其中，所述环形调制器通过改变所述谐振波长来调制所述输入光。
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