CN106537202A - 光学器件上的部件的温度控制 - Google Patents

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Abstract

该光学器件包括位于基底上的波导和位于基底上的光学部件。该光学部件是包括有源介质的光传感器或包括有源介质的调制器。该波导被配置成引导光信号通过该部件以使得光信号被引导通过有源介质。该器件包括从由以下各项组成的组中选择的一个或多个热量控制特征：将一个或多个热导体放置在有源介质的脊的横向侧上面；将热导体从有源部件内延伸到有源部件外面的位置；以及使在有源部件周界内的有源介质的脊成锥形。

Description

光学器件上的部件的温度控制
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年7月22日提交的美国专利申请No. 14/337,822的优先权，通过参考将该美国专利申请的公开合并于此。
技术领域
本发明涉及光学器件，并且特别地涉及光学器件的温度控制。
背景技术
光学链路将光信号从接收器传送到发射器。增大光信号的功率可以增大这些链路的长度。常常在这些链路中使用诸如光传感器和调制器之类的部件；然而，常常存在对可以由这些部件处理的光学功率水平的限制。例如，光传感器和调制器二者在操作期间生成光电流。该光电流导致部件的实质发热。随着光学信号的功率水平增大，发热的水平也增大。该发热可以损坏部件并造成其他麻烦。例如，调制器的操作波长会响应于该发热而偏移。因此，调制器的效率会随着发热水平增大而下降。因此，存在对适合于与增大的光学功率水平一起使用的光学部件的需要。
发明内容
一种光学器件包括位于基底上的波导和位于基底上的有源部件。该有源部件包括位于基底上的有源介质的脊。该有源介质的脊包括在顶部和底部之间的横向侧。该脊的底部在基底和脊的顶部之间。波导被配置成引导光信号通过有源部件以使得光信号被引导通过有源介质的脊。一种热导体包括位于有源介质的脊的横向侧上面的横向部分。该热导体还包括位于基底上面并且远离有源介质的脊延伸的板部分。
该光学器件的另一实施例包括位于基底上的波导和位于基底上的有源部件。该有源部件包括位于基底上的有源介质的脊。该波导被配置成引导光信号通过有源部件以使得光信号被引导通过有源介质的脊。一种热导体被定位成使得有源介质在热导体和基底之间。该热导体延伸到有源介质不在热导体和基底之间的位置。在一些示例中，热导体具有至少一个或至少两个大于5μm的尺寸。
该光学器件的另一实施例包括位于基底上的波导和位于基底上的有源部件。该有源部件包括位于基底上的有源介质的脊。该波导被配置成引导光信号通过有源部件以使得光信号被引导通过有源介质的脊。该有源介质的脊的至少一部分包括锥状物。
附图说明
图1A和图1B图示包括有源部件的光学器件的示例。该器件具有在光源和有源部件之间引导光信号的波导。图1A是该器件的透视图。
图1B是沿着图1A中标记B的线得到的器件的横截面。
图2A一直到图2D图示包括适合于用作图1A的有源部件的有源部件的器件的一部分。
图2A是该器件的顶视图。
图2B是沿着图2A中标记B的线得到的图2A中示出的器件的横截面。
图2C是沿着图2A中标记C的线得到的图2A中示出的器件的横截面。
图2D是沿着图2A中标记D的线得到的图2A中示出的器件的横截面。
图3A一直到图3C图示包括适合于用作图1A的有源部件的有源部件的实施例的器件的一部分且在其中导体在有源介质的脊的横向侧上面延伸。图3A是该器件的顶视图。
图3B是沿着图3A中标记B的线得到的图3A中示出的器件的横截面。
图3C是沿着图3A中标记C的线得到的图3A中示出的器件的横截面。
图4A一直到图4C图示包括适合于用作图1A的有源部件的有源部件的实施例的器件的一部分且在其中有源介质的脊包括横向锥状物。图4A是该器件的顶视图。
图4B是沿着图4A中标记B的线得到的图4A中示出的器件的横截面。
图4C是沿着图4A中标记C的线得到的图4A中示出的器件的横截面。
图5A一直到图5C图示包括结合多个热量控制特征的有源部件的实施例的器件的一部分。图5A是该器件的顶视图。
图5B是沿着图5A中标记B的线得到的图5A中示出的器件的横截面。
图5C是沿着图5A中标记C的线得到的图5A中示出的器件的横截面。
图6是具有在根据图3C或图5C构造的有源部件上形成的材料的两个附加层的有源部件的横截面。
图7是根据图3C或图5C构造的但没有有源介质的板区的有源部件的横截面。
具体实施方式
一种光学器件包括位于基底上的波导和位于基底上的光学部件。该光学部件是包括有源介质的光传感器或者包括有源介质的调制器。该波导被配置成引导光信号通过该部件以使得该光信号被引导通过有源介质。该器件包括一个或多个热量控制特征。例如，热导体可以被定位在包括于波导中的有源介质上面并且可以延伸以远离波导以便引导热量远离波导。另外或可替代地，该热导体可以从该部件周界内的位置延伸到超出该部件周界的位置。因此，热导体可以将该部件所生成的热量引导超出该部件周界。另外或可替代地，波导的在该部件内的一部分可以是锥状的以便增大利用该部件的热量生成的均匀性。因此，该锥状物可以降低该部件内热点的存在。这些特征中的一个或多个允许该部件连同更高功率的光信号一起使用并且可以允许使用更长的光学链路。
在一些实例中，热导体是导电的并且电子器件使用该导体来向部件施加操作该部件所需的电能量。例如，可以通过热导体来驱动操作调制器或光传感器所需的电流或电能。在这些实例中，热导体不会将大量复杂性添加到制造工艺。
图1A和图1B图示包括有源部件的光学器件的一个示例。该器件具有在光源8和有源部件9之间引导光信号的波导。图1A是该器件的透视图。图1B是沿着图1A中标记B的线得到的该器件的横截面。图1A和图1B未示出光源8或有源部件的细节而是图示这些部件和波导之间的关系。
该器件在这类被称为平面光学器件的光学器件之内。这些器件通常包括相对于衬底或基底固定的一个或多个波导。光信号沿着波导的传播方向通常平行于该器件的平面。该器件的平面的示例包括基底的顶侧、基底的底侧、衬底的顶侧和/或衬底的底侧。
所图示的器件包括从顶侧12延伸到底侧14的横向侧10（或边缘）。光信号沿着平面光学器件上的波导的长度的传播方向通常延伸通过该器件的横向侧10。该器件的顶侧12和底侧14是非横向侧。
该器件包括将光信号载送到光学部件17和/或载送来自光学部件17的光信号的一个或多个波导16。可以被包括在该器件上的光学部件17的示例包括但不限于从由以下各项组成的组选择的一个或多个部件：光信号可以通过其进入和/或离开波导的小构面（facet），光信号可以通过其从器件上面或下面进入和/或离开波导的进入/离开端口，用于将多个光信号组合到单个波导上的多路复用器，用于将多个光信号分开以使得在不同波导上接收到不同光信号的解复用器，光学耦合器，光学开关，充当光信号的源的激光器，用于放大光信号的强度的放大器，用于衰减光信号的强度的衰减器，用于将信号调制到光信号上的调制器，用于将光信号转换成电信号的调制器，以及为行进通过器件（从器件的底侧14到器件的顶侧12）的光信号提供光学通路的通孔。此外，该器件可以可选地包括电气部件。例如，该器件可以包括用于将电势或电流施加于波导和/或用于控制光学器件上的其他部件的电气连接。
该波导的一部分包括第一结构，在第一结构处波导16的一部分被限定在位于基底20上的光传输介质18中。例如，如图1B中所示波导16的一部分由从光传输介质的板区向上延伸的脊22来局部限定。在一些实例中，板区的顶部由部分延伸到光传输介质18中的沟槽24的底部来限定。如在下文中将变得明显的，板区可以由各种各样的不同材料来限定。例如，当沟槽24延伸通过光传输介质18到达基底时，脊从基底向上延伸并且基底的暴露部分充当板区。适当的光传输介质包括但不限于硅、聚合物、二氧化硅、SiN、GaAs、InP和LiNbO3。
基底20邻近光传输介质18的一部分被配置成将来自波导16的光信号反射回到波导16中以便将光信号约束在波导16中。例如，基底20邻近光传输介质18的一部分可以是具有比光传输介质18更低的折射率的光绝缘体28。折射率的下降可以造成光信号从光传输介质18反射回到光传输介质18中。基底20可以包括位于衬底29上的光绝缘体28。在一些实例中，衬底29可以被配置成传输光信号。例如，衬底29可以由不同于光传输介质18或者与光传输介质18相同的光传输介质18构造。在一个示例中，该器件被构造在绝缘体上硅晶片上。绝缘体上硅晶片包括用作光传输介质18的硅层。绝缘体上硅晶片还包括位于硅衬底上的二氧化硅层。该二氧化硅层可以用作光绝缘体28并且硅衬底可以充当衬底29。
尽管光源8被示为位于该器件中心，但是光源8可以位于器件的边缘处。光源8可以是任何类型的光源，包括将电能转换成光的光源。适当的光源的示例包括但不限于半导体激光器和半导体放大器（诸如反射半导体光学放大器（RSOA））。适当激光器的示例包括但不限于法布里-珀罗激光器、分布式布拉格反射器激光器（DBR激光器）、分布式反馈激光器（DFB激光器）、外腔式激光器（ECL）。在一些实例中，光源8是与如在光纤接口专利申请的任一个或多个中公开的器件相连接的光学纤维。在一些实例中，该器件不包括光源。例如，波导可以在位于器件周界处或附近的小构面处终止，并且然后可以将行进通过空气的光信号通过该小构面注入到波导中。因此，光源是可选的。该一个或多个部件17也是可选的。
图2A一直到图2D图示包括适合于用作图1A的有源部件的有源部件的器件的一部分。图2A是该器件的顶视图。图2B是沿着图2A中标记B的线得到的图2A中示出的器件的横截面。图2C是沿着图2A中标记C的线得到的图2A中示出的器件的横截面。图2D是沿着图2A中标记D的线得到的图2A中示出的器件的横截面。
凹处25（图2A）延伸到光传输介质18中的沟槽24的底部中以使得脊22位于各凹处25之间。凹处25可以部分地延伸到光传输介质18中。如从图2B显而易见的，凹处25可以与脊22间隔开。因此，波导16的一部分包括第二结构，在第二结构处由从沟槽24的底部（板区）向上延伸的脊22来局部限定波导16的上部并且由延伸到板区中且与脊间隔开的凹处25来局部限定波导的下部。
如图2C中所示，凹处25可以接近脊22以使得脊22的侧面与凹处25的侧面组合到单一表面26中。因此，波导的一部分包括第三结构，在该第三结构处由表面26来部分地限定波导。
如在图2A中显而易见的，波导16的一部分包括有源介质27。该有源介质27被配置成从波导的具有第三结构的一部分接收光信号并且将所接收到的光信号引导到波导的具有第三结构的另一部分。
如从图2D中显而易见的，有源介质27的脊22从有源介质27的板区向上延伸。因此，波导的一部分包括第四结构，其被配置成引导所接收到的光信号通过有源介质27。由有源介质27的顶侧和横向侧来局部限定波导的该部分。有源介质27的板区和有源介质27的脊22二者位于光传输介质18的晶粒（seed）部分34上。因此，该光传输介质18的晶粒部分34在有源介质27和基底20之间。在一些实例中，当光信号从光传输介质行进到有源介质27中时，一部分光信号进入光传输介质18的晶粒部分34并且光信号的另一部分进入有源介质27。有源介质27可以在光传输介质18的晶粒部分上生长。晶粒层是可选的。例如，有源介质27可以被生成或者以其他方式直接形成在光传输介质18的晶粒部分上。
如在图2A中显而易见的，在有源介质27的每个小构面和光传输介质18的小构面之间存在界面。该界面可以具有相对于光信号在该界面处通过波导16的传播方向的非垂直的角度。在一些实例中，该界面是相对于基底20基本上垂直的，同时相对于传播方向非垂直的。界面的非垂直性降低背反射的影响。界面相对于传播方向的适当角度包括但不限于在80°和89°之间的角度和在80°和85°之间的角度。
该光学器件包括有源部件。为了简化图2A，图2A中没有示出有源部件构造的细节。然而，从诸如图2D的其他图示来看，有源部件构造是明显的。图2D的有源部件被构造在波导的具有第四结构的一部分上。在图2D中使用虚线以便示出掺杂区的周界以防止它们与不同材料之间的界面混淆。利用实线来图示不同材料之间的界面。有源部件被配置成将电场施加于有源介质27以便相位和/或强度调制由有源部件接收到的光信号。
有源介质27的脊22从有源介质27的板区向上延伸。掺杂区40既在有源介质27的板区中同时又在有源介质27的脊中。例如，有源介质27的掺杂区40位于有源介质27的脊22的横向侧上。在一些实例中，如图2D中所示，各掺杂区40中的每一个一直延伸到有源介质27的顶侧。另外，掺杂区40远离脊22延伸到有源介质27的板区中。如图2D中所示，掺杂区40从有源介质27的脊22到有源介质27的板区的过渡可以是连续且不间断的。
各掺杂区40中的每一个可以是N型掺杂区或P型掺杂区。例如，各N型掺杂区中的每一个可以包括N型掺杂剂并且各P型掺杂区中的每一个可以包括P型掺杂剂。在一些实例中，有源介质27包括作为N型掺杂区的掺杂区40和作为P型掺杂区的掺杂区40。有源介质27中的各掺杂区40之间的间隔导致在有源部件中形成PIN（p型区-绝缘体- n型区）结。
在有源介质27中，用于N型区的适当掺杂剂包括但不限于磷和/或砷。用于P型区的适当掺杂剂包括但不限于硼。掺杂区40被掺杂以便成为导电的。P型掺杂区中的P型掺杂剂的适当浓度包括但不限于大于1×1015cm-3、1×1017cm-3或1×1019cm-3，以及/或者小于1×1017cm-3、1×1019cm-3或1×1021cm-3的浓度。N型掺杂区中的N型掺杂剂的适当浓度包括但不限于大于1×1015cm-3、1×1017cm-3或1×1019cm-3，以及/或者小于1×1017cm-3、1×1019cm-3或1×1021cm-3的浓度。
各导体44中的每一个都位于板区上。在所图示的实施例中，导体位于有源介质27的板区上。导体可以是导热的，并且在一些实例中还是导电的。在图2A中，虚线被用来表示有源介质27在导体44下面的周界的位置。所图示的导体可选地与脊22间隔开并且可选地包括与脊22的横向侧平行或基本平行的一个或多个边缘。
各导体44中的每一个接触有源介质27的板区中的和/或光传输介质18的板区中的掺杂区40的一部分。因此，各掺杂区40中的每一个是以允许它提供导体44和有源介质27的脊之间的电气通信的浓度掺杂的。因此，当导体是导电的时，电能可以被施加到导体44以便将电场施加到有源介质27。各掺杂区之间的光传输介质或有源介质的区可以是未掺杂的或者轻掺杂的，只要掺杂不足以使掺杂材料充当使有源部件电气短路的电导体。
图1A一直到图2D的有源部件可以被操作为调制器。例如，当导体是导电的时，电子器件47（图1A）可以被采用来将电能施加到导体44以便在有源介质27中形成电场。例如，该电子器件可以在充当增益介质中电场的源的各掺杂区之间形成电压差。可以在不生成通过有源介质27的显著电流的情况下形成该电场。该有源介质27可以是响应于电场的施加在其中出现Franz-Keldysh效应的介质。该Franz-Keldysh效应是通过有源介质27的光学吸收和光学相位的变化。例如，Franz-Keldysh效应允许通过吸收光子使价带中的电子被激发到导带中，即使光子的能量低于带隙。为了利用Franz-Keldysh效应，有源区可以具有比要被调制的光的光子能量稍稍更大的带隙能量。场的施加经由Franz-Keldysh效应降低吸收限并且使得吸收成为可能。一旦施加场空穴和电子载流子波函数就重叠，并且因此使得生成电子-空穴对成为可能。因此，有源介质27可以吸收有源介质27所接收到的光信号并且增大电场会增大有源介质27所吸收的光量。相应地，电子可以调整电场以便调整有源介质27所吸收的光量。因此，电子可以对电场进行强度调制以便调制光信号。此外，利用Franz-Keldysh效应所需的电场通常不会涉及由该电场生成的自由载流子。
在利用Franz-Keldysh效应的调制器中使用的适当有源介质27包括电吸收介质27，诸如半导体。然而，不同半导体的光吸收特性是不同的。与通信应用中所采用的调制器一起使用的适当半导体包括Ge1-xSix（锗硅），其中x大于或等于零。在一些实例中，x小于0.05或0.01。改变变量x可以使调制最有效的波长范围偏移。例如，当x是零时，调制器适合于1610-1640nm的范围。增大x的值可以将波长范围偏移到较低值。例如，大约0.005到0.01的x适合于在c带（1530-1565nm）中进行调制。
当有源介质27是光吸收介质时，图1A一直到图2D的有源部件可以被操作为光传感器。在有源介质作为光传感器29的操作期间，电子跨过光吸收介质施加反向偏置电场。当光吸收介质吸收光信号时，电流流过光吸收介质。因此，通过光吸收介质的电流水平指示光信号的接收。另外，电流的幅度可以指示光信号的功率和/或强度。不同光吸收介质可以吸收不同波长并且相应地根据光传感器的功能适合于在光传感器中使用。适合于检测在通信应用中使用的光信号的光吸收介质包括但不限于锗、硅锗、硅锗量子阱、GaAs和InP。锗适合于检测波长范围为1300nm到1600nm的光信号。
导体44位于有源介质的脊从其延伸的板区上面。例如，在所图示的实施例中，导体位于有源介质27的板区上面。然而，如从图2A和图2C明显的，各导体中的至少一个延伸经过有源介质的脊22。因此，可以在不通过有源介质的脊的情况下绘制通过光传输介质18的脊和各导体中的至少一个这二者的垂直于光信号通过波导的传播方向的线。
在所图示的示例中，导体44从有源介质27上面延伸到光传输介质18上面的位置。例如，每个导体44的第一部分46被定位成使得有源介质27在导体44和基底20之间，并且导体44的第二部分48被定位成使得有源介质27不在导体44和基底20之间。在一些实例中，导体44的第一部分被布置成使得可以绘制垂直于导体44的表面且还延伸通过有源介质27的线，并且在导体44的第二部分48中，可以绘制垂直于导体44的同一表面同时延伸通过光传输介质18但不通过有源介质27的线。
作为有源介质27在有源部件的操作期间吸收光的结果生成热量。在图2A中使用标记“光信号方向”来指示光信号在有源部件的操作期间的传播方向。光信号通过有源介质27的输入侧进入有源介质27并且通过有源介质27的输出侧从有源介质27离开。一般来说，光吸收在光信号首先与电场相互作用的地方是最强的。因此，光吸收通常在有源介质27的输入侧处或附近是最强的。所增大的光吸收可以导致有源部件27中的热点。当导体是热导体时，导体44从有源介质27上面、跨过有源介质27的输入侧延伸到光传输介质18上面的位置为有源部件所生成的要被载送离开有源部件的热量提供通路并且相应地提供有源部件的冷却。
当导体44的第二部分48提供热耗散时，导体的第二部分48可以具有超过通常用于被设计成在集成电路板上载送电流的金属迹线的尺寸的尺寸。例如，导体44的第二部分48具有在图2A中标记“L”和“W”的长度和宽度。用于导体44的第二部分48的长度和/或宽度的适当值包括但不限于大于5μm、10μm或20μm的值。因此，导体44的第二部分48可以具有超过5μm、10μm或20μm的至少一个或两个尺寸。如在图2A中显而易见的，导体44的第二部分48可以是导体44的第一部分46的平滑继续。因此，导体44的第一部分46还可以具有超过5μm、10μm或20μm的至少一个或两个尺寸。
尽管图2A一直到图2D图示了延伸超出有源部件和/或有源介质27的周界的两个导体44，但是在一些实例中，各导体44中的仅一个延伸超出有源部件和/或有源介质27的周界。另外或可替代地，各导体44中的一个或多个可以延伸跨过有源部件的输出侧和/或有源介质27的输出侧，除此之外或作为其的替代，延伸在有源部件的输入侧和/或有源介质27的输入侧上面。
导体44的其他布置可以为有源部件提供冷却。例如，导体44可以延伸到脊22的横向侧上面。图3A一直到图3C图示包括有源部件的一个实施例的器件的一部分，该有源部件适合于用作图1A的有源部件并且在其中导体44延伸到脊22的横向侧上面。图3A是该器件的顶视图。图3B是沿着图3A中标记B的线得到的图3A中示出的器件的横截面。图3C是沿着图3A中标记C的线得到的图3A中示出的器件的横截面。如对于图2A一直到图2D的有源部件所公开的那样构造和操作图3A一直到图3C的有源部件，但是添加了包覆和导体的不同配置。
所图示的各导体44中的每一个都包括板部分和横向部分。导体44的横向部分位于有源介质27的脊的横向侧上面。例如，可以形成垂直于有源介质27的脊的横向侧的线以使得该线还延伸通过在脊的横向侧上面的导体44。导体44的板部分远离脊延伸并且位于基底上面。在一些实例中，导体44的板部分位于板区（诸如有源介质27的板区或光传输介质的板区）上面。在所图示的实施例中，导体44的板区位于有源介质27的板区上面。因此，可以形成垂直于板区的表面的线以使得该线延伸通过在有源介质27的板区上面的导体44的板部分。
包覆50位于有源介质27的脊22上面。通过图3A中的虚线示出在包覆50下面的有源介质27的脊22的位置。包覆50的一部分位于每个导体44的横向部分和有源介质27的脊的横向侧之间。例如，可以形成垂直于有源介质27的脊的横向侧的线以使得该线还延伸通过包覆50和导体44。包覆50的另一部分还可选地位于板区和导体44的板部分至少一部分之间。例如，可以形成垂直于板区的线以使得该线还延伸通过包覆50和导体44。
在许多实例中，导体44由金属形成。当许多金属与有源介质27直接接触时，金属可以吸收行进通过有源介质27的光。因此，包覆50可以是适于与有源介质27接触的材料。例如，包覆50的接触有源介质27的一部分可以具有比有源介质27更低的折射率并且可以相应地将来自有源介质27的光信号反射回到有源介质27中。
包覆50可以是单层材料或者可以包括多于一层材料。用于包括在包覆50中的各包覆层中的一个或多个的适当材料包括但不限于氮化硅、二氧化硅和聚酰亚胺。在一个示例中，包覆50包括第一包覆层和第二包覆层，其中第一包覆层在第二包覆层和有源介质27之间。在该示例中，第一包覆层可以是氧化物并且第二包覆层可以是氮化物。适当的氧化物包括但不限于包含硅的氧化物，诸如SiO2。适当的氮化物包括但不限于包含硅的氮化物，诸如Si3N4。
在一些实例中，提供从每个导体44到各掺杂区40之一的电气通路以便提供导体44和有源介质27的脊22之间的电气通信。包覆50可以是电气绝缘的并且电气通路可以绕开包覆50。例如，图3A一直到图3C中示出的各导体中的每一个与各掺杂区40之一直接接触。导体44和掺杂区40之间的接触提供期望电气通路。该电气通路可以与有源介质27的脊22间隔开。例如，导体44和掺杂区40之间的接触发生在与有源介质27的脊22间隔开的位置处。掺杂区可以提供各导体44之一和有源介质27的脊22之间的电气通信。相应地，与导体44电气通信的电子器件可以将电能施加给导体44以便如上所述的那样操作有源部件。
对以上有源部件的其他修改可以被用来处理有源部件内生成的热量。例如，有源介质27的脊22可以包括一个或多个横向锥状物和/或一个或多个垂直锥状物。作为一个示例，图4A一直到图4C图示包括适合于用作图1A的有源部件的有源部件的实施例的器件的一部分且在其中有源介质的脊包括横向锥状物。图4A是该器件的顶视图。图4B是沿着图4A中标记B的线得到的图4A中示出的器件的横截面。图4C是沿着图4A中标记C的线得到的图4A中示出的器件的横截面。如对于图2A一直到图2D的有源部件所公开的那样构造和操作图4A一直到图4C的有源部件，但是具有针对导体的不同配置并将锥状物添加到有源部件中的波导的一部分。
有源介质27的脊22包括横向锥状物52，在其中脊的各横向侧之间的间隔改变了。有源介质27的脊22还可以可选地包括垂直锥状物（未示出）。尽管锥状物52被示出仅在有源介质27的脊22的一部分中，但是锥状物52可以延伸有源介质27的脊22的整个长度。在一些实例中，锥状物52是绝热锥状物。
锥状物52位于有源部件的有源区内。例如，锥状物52沿着脊22的位置使得在有源部件的操作期间形成的电场被形成在有源介质27的脊22的成锥形的部分内。因此，在一些实例中，该锥状物被定位成使得在有源部件的操作期间电流流过脊22。因此，锥状物52可以位于波导的发生光信号的调制或发生光信号的检测的一部分中。
图4A中使用标记“光信号方向”来指示光信号在有源部件的操作期间的传播方向。该光信号通过有源介质27的输入侧进入有源介质27并且通过有源介质27的输出侧从有源介质27离开。锥状物52被布置成使得波导变得更小，因为光信号进一步行进到有源介质27中。
锥状物52促使沿着有源介质27的脊更均匀散布的有源部件内的温度升高，因为在发生更大数量的光吸收的区中生成的热量散布在更宽的波导上面并且相应地降低最大温度增大。因此，锥状物52可以降低有源部件内热点的形成。
上文公开的热量控制特征可以被组合以便增大在有源部件内生成的热量的控制。例如，有源部件可以包括从由以下各项组成的组选择的一个、两个、三个或四个热量控制特征：将一个或多个导体从有源部件延伸到有源部件外面的位置；将一个或多个导体从有源介质27上面的位置延伸到超出有源介质27的位置；将一个或多个导体放置在有源介质27的脊22的横向侧上面；以及将一个或多个锥状物包括在有源介质27的脊22中。作为一个示例，图5A一直到图5C图示包括结合所有这些热量控制特征的有源部件的一个实施例的器件的一部分。图5A是该器件的顶视图。图5B是沿着图5A中标记B的线得到的图5A中示出的器件的横截面。图5C是沿着图5A中标记C的线得到的图5A中示出的器件的横截面。如对于图2A一直到图2D的有源部件所公开的那样构造和操作图5A一直到图5C的有源部件，但是具有针对导体的不同配置并将锥状物添加到有源部件中的波导的一部分。通过图3A中的虚线示出在包覆50下面的有源介质27的脊22的位置。
图5A一直到图5C的有源部件包括从有源部件延伸到有源部件外面的位置的导体44。该导体还从有源介质27上面的位置延伸到超出有源介质27的位置。另外，各导体中的每一个都位于脊22的横向侧上面。此外，有源介质27的脊22包括位于有源部件内的横向锥状物。
材料的一个或多个层可以可选地形成在上述有源部件上。作为一个示例，图6是具有形成在根据图3C或图5C构造的有源部件上的两个附加材料层的有源部件的横截面。上包覆54位于有源部件和钝化层56之间。上包覆54可以与有源介质27的脊22接触。在一些实例中，上包覆54还与光传输介质的脊接触。因此，上包覆54可以包括相比光传输介质和/或有源介质27具有更低折射率的材料或者由该材料组成。上包覆54和/或钝化层56的适当材料包括但不限于氧化物和氮化物。适当的氧化物包括但不限于包含硅的氧化物，诸如SiO2。适当的氮化物包括但不限于包含硅的氮化物，诸如Si3N4。尽管图6中没有示出，但是在一些实例中，通过上包覆54和钝化层56的窗口或开口让导体44的一部分暴露。窗口或开口可以被用来将外部电子器件连接到导体44。
其他调制器和/或光传感器构造可以与上述热量控制特征一起使用。可以在下面的文献中找到其他适当调制器构造的示例：2009年12月15日提交的名称为“OpticalDevice Having Modulator Employing Horizontal Electrical Field”的编号为12/653,547的美国专利申请和2012年3月4日提交的名称为“Integration of Components onOptical Device”的编号为13/385,774的美国专利申请，将这些专利申请中的每一个整体合并于此。序列号为12/653,547和13/385,774的美国专利申请还提供关于这些调制器的制造、结构和操作的额外细节。在一些实例中，如在2005年6月7日提交的名称为“High SpeedOptical Phase Modulator”且现在美国专利号为7,394,948的序列号为11/146,898的美国专利申请中示出的那样；或者如2005年6月7日提交的名称为“High Speed OpticalIntensity Modulator”且现在美国专利号为7,394,949的序列号为11/147,403的美国专利申请中公开的那样；或者如2008年5月21日提交的名称为“High Speed Optical PhaseModulator”且现在美国专利号为7,652,630的序列号为12/154,435的美国专利申请中公开的那样；或者如2009年1月8日提交且名称为“High Speed Optical Modulator”的序列号为12/319,718的美国专利申请中公开的那样；或者如2010年12月1日提交且名称为“RingResonator with Wavelength Selectivity”的序列号为12/928,076的美国专利申请中公开的那样；或者如2008年8月13日提交且名称为“Electrooptic Silicon Modulator withEnhanced Bandwidth”的序列号为12/228,671的美国专利申请中公开的那样；或者如2010年2月19日提交且名称为“Reducing Optical Loss in Optical Modulator UsingDepletion Region”的序列号为12/660,149的美国专利申请中公开的那样来构造和操作调制器，将这些专利申请中的每一个整体合并于此。可以在2009年2月19日提交的名称为“Optical Device Having Light Sensor Employing Horizontal Electrical Field”公布为美国专利号8,053,790的编号为12/380,016的美国专利申请；并且还在2009年9月4日提交的名称为“Optical Device Having Light Sensor Employing HorizontalElectrical Field”公布为美国专利号8,093,080的编号为12/584,476的美国专利申请中找到其他适当光传感器构造的示例，将这些专利申请中的每一个整体合并于此。这些申请的公开提供用于制造上述有源部件的技术。可以使用常规集成电路制造技术来形成诸如导体放置和横向锥状物之类的热量控制特征。这些申请中公开的调制器和/或光传感器的回顾示出有源介质27的板区是可选的和/或光传输介质18的晶粒部分34是可选的。相应地，板区可以是有源介质27、光传输介质18、基底20或基底20上的材料层的区。因此，在一些实例中，各导体44中的一个或多个的板部分位于光传输介质18的晶粒部分34之上或者与其接触；位于基底20之上或者与其接触；位于导体44的板部分和基底20之间的一个或多个材料层之上或与其接触；或者位于导体44的板部分和光传输介质18的晶粒部分34之间的一个或多个材料层之上或与其接触。另外或可替代地，在一些实例中，包覆的一部分位于光传输介质18的晶粒部分34之上或者与其接触；位于基底20之上或者与其接触；位于导体44的板部分和基底20之间的一个或多个材料层之上或与其接触；或者位于导体44的板部分和光传输介质18的晶粒部分34之间的一个或多个材料层之上或与其接触。
呈现图7以便图示上述热量控制特征对其他有源部件构造的适应。图7是根据图3C或图5C构造的但没有有源介质27的板区的有源部件的横截面。
所图示的各导体44中的每一个包括板部分和横向部分。导体44的板部分位于基底20上面且位于光传输介质18上面。例如，可以形成垂直于基底20和/或光传输介质18的表面的线以使得该线延伸通过导体44的板部分。导体44的横向部分位于有源介质27的脊的横向侧上面。例如，可以形成垂直于有源介质27的脊的横向侧的线以使得该线还延伸通过在脊的横向侧上面的导体44。
包覆50位于有源介质27的脊22上面。包覆50的一部分位于每个导体44的横向部分和有源介质27的脊的横向侧之间。例如，可以形成垂直于有源介质27的脊的横向侧的线以使得该线还延伸通过包覆50和导体44。包覆50的另一部分还可选地位于基底20和导体44的板部分的至少一部分之间以及/或者光传输介质18和导体44的板部分的至少一部分之间。例如，可以形成垂直于基底20的表面的线以使得该线还延伸通过包覆50和导体44。另外或可替代地，可以形成垂直于光传输介质18的表面的线以使得该线还延伸通过包覆50和导体44。
有源介质27和光传输介质18的掺杂区域组合以形成在导体44和有源介质27的脊22之间提供电气通信的掺杂区40。提供从每个导体44到各掺杂区40之一的电气通路以便提供导体44和有源介质27的脊22之间的电气通信。包覆50可以是电气绝缘的并且电气通路可以绕开包覆50。例如，图7中示出的各导体44中的每一个与各掺杂区40之一直接接触。导体44和掺杂区40之间的接触提供包覆周围的期望电气通路。该电气通路可以与有源介质27的脊22间隔开。例如，导体44和掺杂区40之间的接触发生在与有源介质27的脊22间隔开的位置处。掺杂区可以提供各导体44之一和导体44的脊22之间的电气通信。相应地，与导体44电气通信的电子器件可以将电能施加给导体44以便如上所述的那样操作有源部件。
尽管在图7中导体的热量控制特征在有源介质27的脊22的横向侧上面是明显的，但是所图示的有源部件可以包括其他热量控制特征中的一个或多个。此外，当有源部件包括其他热量控制特征中的一个或多个时该导体不需要导体在脊22的横向侧上面。例如，有源部件可以包括从由以下各项组成的组中所选择的一个、两个、三个或四个热量控制特征：将一个或多个导体从有源部件延伸到有源部件外面的位置；将一个或多个导体从有源介质27上面的位置延伸到超出有源介质27的位置；将一个或多个导体放置在有源介质27的脊22的横向侧上面；以及将一个或多个锥状物包括在有源介质27的脊22中。
上述导体44被公开为提供导电和/或导热。然而，在一些实例中，可以提出仅用于导热且相应地不需要在有源部件的操作期间载送电流的导体44。因此，导体44不需要是电导体。金刚石和某些类别的环氧树脂在提供高水平的导热而基本不导电并且相应地适合于这些目的。导体的适当材料包括但不限于导热率大于100、200或300W/（m.K）的材料。示例导体44包括诸如金属、环氧树脂的材料和诸如金刚石的介电质或者由它们组成。导体的特定示例包括铝、金、金刚石。铝具有205W/m.K的导热率并且金具有310W/m.K的导热率。金刚石具有导热性，具有1000W/m.K的导热率但是不导电。
尽管关于光信号的特定方向描述了上述热量控制特征中的一些，但是上面的有源部件可以被采用来调制在任一方向上或两个方向上行进的光信号。
本领域普通技术人员鉴于这些教导将容易想到本发明的其他实施例、组合和修改。因此，当结合上述说明书和附图来考虑时，仅由下面的包括所有这样的实施例和修改的权利要求来限制本发明。

Claims (20)

1.一种光学器件，其包括：
位于基底上的波导和位于基底上的有源部件，
该有源部件包括位于基底上的有源介质的脊，该有源介质的脊包括顶部和底部之间的横向侧，该脊的底部在基底和脊的顶部之间，
该波导被配置成引导光信号通过有源部件以使得该光信号被引导通过有源介质的脊；以及
包括横向部分和板部分的热导体，该横向部分位于有源介质的脊的横向侧上面，并且板部分远离有源介质的脊延伸。
2.根据权利要求1所述的器件，其中电气绝缘体在热导体的横向部分和脊之间。
3.根据权利要求2所述的器件，其中该热导体沿着在与脊间隔开的位置处绕开电气绝缘体的电气通路与有源介质的脊电气通信。
4.根据权利要求1所述的器件，其中该部件是调制器。
5.根据权利要求4所述的器件，其中该调制器是使用Franz-Keldysh效应来调制光信号的Franz-Keldysh调制器。
6.根据权利要求1所述的器件，其中该部件是光传感器。
7.根据权利要求1所述的器件，其中该热导体被定位成使得有源介质在热导体和基底之间并且延伸到有源介质不在热导体和基底之间的位置。
8.根据权利要求7所述的器件，其中该有源介质的脊从有源介质的板区向上延伸并且热导体的板区在各板区之一的上面。
9.根据权利要求8所述的器件，其中该热导体的有源介质不在热导体和基底之间的一部分具有至少一个大于5μm的尺寸。
10.根据权利要求1所述的器件，其中该有源介质的脊包括锥状物。
11.根据权利要求10所述的器件，其中该锥状物被定位成使得在有源部件的操作期间电流流过锥状物。
12.根据权利要求10所述的器件，其中该锥状物是各脊的横向侧之间的距离会改变的横向锥状物。
13.一种光学器件，其包括：
位于基底上的波导和位于基底上的有源部件，
该有源部件包括位于基底上的有源介质的脊，该波导被配置成引导光信号通过有源介质以使得光信号被引导通过有源介质的脊；以及
热导体，其被定位成使得有源介质在热导体和基底之间并且延伸到有源介质不在热导体和基底之间的位置，
该热导体具有至少一个大于5μm的尺寸。
14.根据权利要求13所述的器件，其中该热导体具有至少两个大于5μm的尺寸。
15.根据权利要求13所述的器件，其中该热导体与脊间隔开。
16.根据权利要求13所述的器件，其中该有源介质的脊的至少一部分包括锥状物。
17.根据权利要求16所述的器件，其中该锥状物被定位成使得在有源部件的操作期间电流流过锥状物。
18.一种光学器件，其包括：
位于基底上的波导和位于基底上的有源部件；
该有源部件包括位于基底上的有源介质的脊，以及
该波导被配置成引导光信号通过有源部件以使得光信号被引导通过有源介质的脊，以及
该有源介质的脊的至少一部分包括锥状物。
19.根据权利要求18所述的器件，其中该锥状物被定位成使得在有源部件的操作期间电流流过锥状物。
20.根据权利要求18所述的器件，其中该锥状物是各脊的横向侧之间的距离会改变的横向锥状物。
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