CN113589557A - 具有加热器的集成光电器件 - Google Patents

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Abstract

本公开的各实施例涉及具有加热器的集成光电器件。公开了集成光电器件的结构以及制造和操作方法，其促进直接加热二极管或波导结构以调节器件的温度，同时允许电触点靠近器件放置以减小电阻。实施例尤其包括异质电吸收调制器，异质电吸收调制器包括放置在形成于SOI基板的器件层中的波导上方的化合物半导体二极管结构。

Description

具有加热器的集成光电器件
本申请是中国国家申请号为20191091376.0、申请日为2019年9月25日、发明名称为“具有加热器的集成光电器件”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开总体涉及具有用于有源温度稳定的加热器的集成光电器件。一些实施例尤其涉及在硅光子平台中实现的异质电吸收器件。
背景技术
电信应用中的强度调制通常利用电吸收调制器(EAM)来实现，其提供小尺寸和低功率并且可以以高速进行操作。EAM通常基于Franz-Keldysh效应操作，即，经由由施加的电场所引起的带隙能量的变化来改变半导体的吸收光谱。集成EAM通常被构造为垂直二极管台面，其在顶部上具有用于一个极性的电触点，并且在台面的一侧或两侧上具有用于另一极性的电触点；在两侧上都有电触点降低了器件的串联电阻，这对高速调制器是重要的。在许多实现中，二极管台面的本征型层包括量子阱结构，以利用量子限制斯塔克效应来获得高消光比。
诸如Franz-Keldysh效应和量子限制斯塔克效应之类的带边效应具有强烈的温度和波长依赖性。因此，通常希望将使用这些效应的器件(诸如EAM)的操作温度保持在比环境温度更窄的范围内。在各种光子电路设计中，利用放置在二极管台面附近的局部加热器来实现这种温度稳定。然而，在一些光子学制造平台中，不可能使加热器和电触点二者沿二极管台面的同一侧延伸，使得难以将串联电阻最小化以及局部调节器件的操作温度。因此，器件设计者可能必须在快速器件和热调节器件之间进行选择。
附图说明
图1A和图1B分别是示例光电器件的示意性横截面侧视图和俯视图，其中加热器被放置在器件的异质波导旁边。
图2A和图2B分别是根据各种实施例的示例三触点光电器件的示意性横截面侧视图和俯视图，该三触点光电器件被配置为通过其中的电流直接加热器件的二极管结构。
图3是根据各种实施例的用于操作图2A和图2B的光电器件的示例电路的电路图。
图4A和图4B分别是根据各种实施例的示例四触点光电器件的示意性横截面侧视图和俯视图，该四触点光电器件被配置为通过波导的电流直接加热器件的异质波导结构的二极管下方的波导。
图5是根据各种实施例的用于操作图4A和图4B的光电器件的示例电路配置的电路图。
图6是图示了根据各种实施例的电吸收调制器的操作方法的流程图。
图7是图示了根据各种实施例的制造电吸收调制器的方法的流程图。
具体实施方式
本文公开了用于温度调节的光电器件(包括EAM)的器件结构，其通过直接电阻加热器件的各部分来避免与放置在器件旁边的单独加热器相关联的困难。还描述了制造和操作所公开的器件结构的方法。除了避免器件速度和温度稳定性之间的折衷之外，所公开的结构还可以简化制造并提高温度调节的热效率。
根据各种(非限制性)实施例的光电器件可以包括在半导体基板上的异质光波导结构，其中在基板的器件层中形成波导，并且在波导上方形成层叠的化合物-半导体二极管结构。例如，异质波导结构可以包括在硅波导上方的III-V二极管，但是其他材料组合也是可能的。二极管结构可以包括掺杂底部条带，并且在掺杂底部条带的顶部上形成层叠的台面，该层叠的台面包括本征型层和掺杂顶层，其中导电通孔(或其他类型的电连接)接触顶层和底层以施加直流(DC)偏置电压和/或射频(RF)电压作为二极管上的调制信号。为了加热二极管结构，可以在两个导电通孔之间施加DC加热器偏置电压，所述两个导电通孔都接触掺杂底层，但是在二极管的相对侧上，使电流流过并电阻加热掺杂底层，所产生的热量然后从中扩散到相邻的本征型层中。假设接触底层的两个通孔为对称配置，二极管结构上的有效电压在这种情况下是两个通孔的平均电势与接触台面的掺杂顶层的通孔的电势之间的电势差。可替代地，可以通过在异质波导的相对的对应侧上接触基板的器件层的两个导电通孔之间施加加热器偏置电压来加热二极管结构，从而使电流流过并电阻加热波导，其继而加热其上方二极管的底层和本征型层。有利地，在该替代配置中，分别且独立操作的电子电路可以被分别用于加热和调制。
从以下对附图的详细描述中，将更容易理解上述结构以及各种益处。
为了与所公开的主题的各种实施例的比较和上下文，图1A和图1B以横截面侧视图和俯视图图示出了示例光电器件100，其具有与器件100的异质波导并排放置的加热器。器件100形成在绝缘体上半导体(SOI)基板102上，其包括手柄104、电绝缘(电介质)层106和顶部半导体器件层108。在标准SOI基板中，手柄104和器件层108通常都由硅制成，而绝缘层106是埋入氧化物(BOX)层。然而，其他材料组合也是可能的。代替硅，器件层108例如可以是金刚石或锗层。器件100包括由在器件层108中创建的波导110(例如，肋波导)形成的异质波导结构，其与安置在其上方的半导体化合物p-i-n二极管结构112结合，该二极管结构112例如由薄的电介质(例如，氧化物)层114而与波导110和器件层108分开。如图1B中所看到的，二极管结构112可以沿着波导110的轴线(在波导110中的光传播方向上，其是进入图1A的平面的方向)延伸，并且其在该方向上的长度可以比它的宽度显著更大。在操作中，光在重叠区域的一端附近从波导110耦合到二极管结构112中，并且在另一端附近从二极管结构112返回到波导110中。
二极管结构112可以由一种或多种III-V材料(诸如例如，磷化铟(InP)或砷化镓(GaAs))、II-VI材料(诸如例如，硒化镉)(CdSe)或氧化锌(ZnO))制成，或由两种或更多种元素制成的其他半导体材料来制成。二极管结构112是垂直分层的，包括夹在两个掺杂底层和顶层118、120之间的本征型(或简称“本征”)半导体层116。底层118通常是n掺杂的并且顶层120p是p掺杂的，但是底层和顶层118、120作为p-i-n二极管结构112的n型和p型层的角色也可以颠倒。本征层116可以由与底层118和顶层120不同的半导体化合物制成；例如，二极管结构112可以包括掺杂InP层之间的本征InAlGaAs层。此外，本征层116可以是体半导体层，或者可以可替代地由量子阱、量子点或量子线组成。如图所示，底层118可以形成在底层118下方平行于波导110延伸的材料条带(参见图1B)，而本征和掺杂顶层116、120可以在底层顶部(下文中也称为“底部条带”)118上形成窄得多的台面(平坦的-示出顶部台状结构。虽然示出宽度相等，但是本征层和掺杂顶层116、120可以替代地在宽度上不同，本征层116稍宽或稍窄。
器件100还包括导电通孔，其提供到底层118和顶层120的电连接，用于在二极管结构112上施加电压。通孔通常被实现为形成在封装二极管结构112的顶部包层中的垂直沟道，填充有合适的金属(例如，金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、铝(Al)或锌(Zn))或其他导电材料。顶层120可以通过对应的通孔122(“S1”)而直接接触。另一方面，底部条带118在图1A中所示的实现中，经由安置在围绕二极管台面的底部条带118的顶部上的薄金属层126而通过对应的通孔124(“S2”)间接接触。这种添加的金属层126可以非常靠近台面，促进低电阻二极管结构112，同时提供用于放置通孔124的灵活性。可以使用图1B中示出的相应金属互连123、125在通孔122和通孔124之间施加电压。图1B的顶视图还示出了对地(标记为“G”)的互连。
器件100由电阻加热器130(例如，由金属或金属合金制成，诸如例如钨、铂、氮化钛、镍铬等)在热学上调节，电阻加热器130放置在二极管台面(例如，的顶层120)附近。用于将加热器偏置电压施加到加热器130的电连接由导电(例如，金属)通孔132、134和相应的相关联互连133、135(后者在图1B中示出)提供(通孔和互连被共同标记为“H1”和“H2”)。如图1B中更清楚地所示，加热器130可以与二极管台面并排，与波导110平行，并且相关联的通孔132、134可以沿着该方向间隔开。加热器偏置电压可以根据需要进行调整，例如，基于环境温度的测量和/或二极管结构本身的温度，以将二极管台面加热到所期望的操作范围内的温度；用于这种温度调节的合适的传感器和电路是众所周知的，并且可以被直接实现而无需本领域普通技术人员的过度实验。为了最小化散热并由此提高这种温度调节的效率，可以通过在二极管台面和波导110的两侧上的蚀刻到器件层108中的沟道136(或“沟槽”)(例如，一直到绝缘层106)和/或在异质波导结构下面的手柄104中的背蚀刻区域138来热隔离异质波导结构。
可以利用标准半导体制造技术制造器件100。在基板102的光刻图案化和蚀刻、化合物半导体材料堆叠的结合、以及化合物半导体的光刻图案化和蚀刻以创建二极管结构之后，通常通过剥离工艺来创建金属层126。也就是说，异质结构被抗蚀剂层覆盖，抗蚀剂层被负图案化以仅暴露底部二极管层118上将要形成金属层126的区域；然后在整个结构上方沉积金属层，并且将图案化的抗蚀剂和其上的金属剥离。该步骤增加了制造工艺的成本和复杂性，并且因此在一些半导体制造平台中不被包括。然而，在没有金属层126的情况下，在放置加热器130的二极管台面的同一侧(例如，在图1A中，在右侧)上接触二极管的底部条带118的通孔124的电阻可以显著更高。换句话说，为了使器件100的串联电阻最小化，希望将通孔124尽可能靠近二极管台面放置，然而这会干扰加热器130的放置，其也应该靠近台面放置。
现在参考图2A-图5，将描述光电器件的各种实施例否，该光电器件有助于有源温度调节而不需要单独的加热器130，否则类似于图1A和图1B的器件100。这些器件结构与图1A和图1B不同在于：省略了加热器130和额外的金属层126，以及导电通孔的数量、布置和/或电连接。然而，上述器件100的基板102和二极管结构112的几何形状和材料选择同样适用于图2A-图5的器件。因此，在下面的描述中保持用于各个器件组件的相关联附图标记。
图2A和图2B分别是根据各种实施例的示例三触点光电器件200的示意性横截面侧视图和俯视图，该三触点光电器件200被配置为通过其中的电流直接加热器件的二极管结构。器件200包括形成在SOI基板102中并且安置在波导110上方并通过薄绝缘层114与其分离的波导110(例如，硅波导)、包括底部二极管条带118并且形成在底部二极管条带118的顶部上的化合物半导体二极管结构112(例如，III-V结构)、包括本征层116和顶部二极管层120的层叠的二极管台面。在操作中，将光从波导110耦合到在其上方的二极管结构112中，其中光学模式至少部分地(并且通常主要地)在本征层116中被引导。波导110和/或二极管台面的宽度和/或高度可以是锥形的，以提高耦合效率。例如，在器件200的输入区域中，在那里将光从波导110耦合到二极管结构112中，在光传播方向上波导110可以逐渐变细(taper down)(即，宽度/高度减小)并且二极管台面可以逐渐变粗(taper up)(即，宽度/高度增加)。相反，在器件200的输出区域中，在那里将(例如，调制的)光从二极管结构112耦合回到波导110中，二极管台面可以逐渐变细，同时波导110逐渐变粗。在两个区域中，波导110和二极管台面中的锥形可以重叠(在俯视图中)。
为了实现光强度的调制，可以经由施加在二极管结构112上的电场来改变本征层116的吸收特性。为此目的，顶部二极管层120通过导电(例如金属)通孔122(“S1”)接触，并且底部二极管条带118通过导电(例如金属)通孔202、204(“S2A”和“S2B”)接触，通孔202、204中的一个放置在二极管台面的一侧上，并且另一个放在二极管台面的另一侧上。通过使底部二极管条带118与二极管台面的相对的相应侧上的两个通孔202、204接触并将它们靠近二极管台面放置，可以减小器件200的电阻。通孔122、202、204进一步提供相同的目的，如图2B中所示，沿着二极管结构112的长度的至少大部分(对应于进入图2A的平面中的方向)延伸，这增加了通孔122、202、204与二极管结构112的相应层118、120之间的接触面积。
通孔122、202、204允许在二极管结构112的顶层和底层之间施加电压。在所描绘的实施例中，与二极管结构的底部条带118接触的通孔202、204另外用于在底部二极管条带118上横向地(即，在垂直于光传播方向并与基板102共面的方向上)施加电压，以使电流流过该层118以加热层118，并且，借助于热扩散，加热相邻的本征层116。因此，通孔202、204通过相应的相关联(例如，金属)互连203、205(图2B中所示)连接到两个不同的电节点。接触顶层120的通孔122通过相应的互连123连接到第三电节点。
图3是用于操作图2A和图2B的光电器件200的示例电子电路300的电路图，图示出了器件200的二极管结构112(用虚线框指示)分别借助通孔122、202、204连接到的三个电节点302、304、306。在电路图中，二极管结构112被建模为理想二极管308，结合有模拟底部二极管条带118的电阻的两个电阻器310、312。在电阻器310、312之间限定的电节点314连接到二极管308的负端子，在图2A-图3的实施例中，反映出电阻底部条带118是二极管结构112的n型层。两个DC电压源316、318将相应的DC电压VDC1和VDC2施加到节点304、306，节点304、306连接到接触底部二极管条带118的通孔202、204。由此，在底部二极管条带118上产生构成加热器偏置电压的差分电压VDC1-VDC2，使电流流过电阻器310、312并电阻加热底部二极管条带118。假设底层118及其相关联的通孔202、204在结构上关于二极管台面对称，则两个电阻器310、312具有相等的电阻，并且在节点314处的电势是VDC1和VDC2的算术平均值。(否则，在任何不对称的情况下，在节点314处的电势是VDC1和VDC2的某非等重加权平均值。)施加在二极管308上的有效偏置电压是连接到n端子的节点314和(通过通路122)连接到p端子的节点302之间的DC电势差。如图所示，二极管308以反向偏置操作，即，n型底层118连接到DC电压源316、318的正极端子，而p型顶层120在节点302处连接到DC电接地。除了DC偏置电压之外，RF电压VRF可以作为调制信号而被施加到二极管308。如图所示，RF信号可以由在p端子处连接到的节点302的交流(AC)源320提供；然而，RF信号原则上也可以被施加于n端子。
现在转向图4A-图5，图示出了根据各种替代实施例的示例四触点光电器件400，其被配置为在异质波导结构内直接加热二极管下方的波导。如图4A和图4B中所示，器件400包括与上述三触点器件200的波导结构基本类似的异质波导结构，具有形成在SOI基板102中，并且安置在硅波导110上方并通过薄绝缘层114与其分离的波导110、包括底部二极管条带118的二极管结构112以及具有本征和顶部二极管层116、120的层叠的二极管台面。此外，器件400包括接触顶部二极管层120的导电通孔122(“S1”)和接触底部二极管层118的一个或多个导电通孔402、404(“S2”)。不同于连接到不同电节点304、306的三触点器件200的通孔202、204，接触四触点器件中的底部二极管层118的通孔402、404可以电短路在一起，即连接到同一电节点。尽管如上所讨论的，在二极管台面的相对侧上放置的两个通孔402、404也是有益的——因为它们提供较低的电阻，但是只有一个通孔402、404存在于器件400中也是可能的。使用分别接触二极管结构112的顶层120和底层118(以及通孔122、402、404的相关互连，未示出)的通孔122和402、404，反向偏置电压和RF信号电压可以被施加在二极管结构112上，以调制至少部分地(并且通常主要地)位于本征层116中的光学模式。
为了热调节的目的，器件400包括在二极管结构112的相对的相应侧上接触基板102的器件层108的附加通孔406、408。这些附加通孔406、408连接到不同的电节点，允许在节点之间施加电压以创建电流流过二极管结构下方的器件层108，特别是流过波导110。如图4B中所示，通孔406、408可以沿着波导110的轴线被间隔开。(间隔开，通孔406、408在相同的横截面视图中将不都是可见的。在这方面而言，虽然其他特征诸如波导110以横截面示出，但是图4A是器件400的侧视图。)例如，通孔406、408可以被放置在由通孔122、402、404的横向端部410、412限定的二极管结构的有源区域的端部附近，使得加热器电流在基本上整个有源区域下方流动(参见图4B)。在一些实施例中，器件层108在邻近并部分围绕通孔406、408的区域414(由虚线轮廓指示)中被蚀刻掉，以更好地引导电流流过有源区域下方和流过波导110，从而增加加热效率。在波导110中产生的热阻扩散通过底部二极管层118并进入到二极管台面(层116、120)中，二极管台面因此也被加热。
图5图示出了根据各种实施例的用于操作图4A和图4B的光电器件400的示例性电子电路配置500。出于描绘器件400的电连接的目的，二极管结构112和波导110分别由二极管502和电分离电阻器504表示，该电分离电阻器504反映波导110和二极管结构112之间的电绝缘层114。如可以看出的，电路配置500包括两个单独的电子电路506、508，分别用于向二极管502施加偏置和RF信号电压以及用于在电阻器504上施加加热器偏置电压。在二极管操作电路506中，为了反向偏置二极管502，正电压VDC1可以由电压源510施加在电节点512处，电节点512经由(一个或多个)导电通孔404、402连接到底部二极管条带118，其在所描绘的实施例中提供二极管502的n端子。可替代地，可以通过在电节点514处施加负电压-VDC1来实现反向偏置电压，电气节点514通过通孔122连接到提供p端子的顶部二极管层120。RF信号电压VRF可以由AC源516(如图所示)提供，AC源516在连接到顶部二极管层120的节点514处或者在连接到底部二极管层118的节点512处。在加热器电路508中，电压源518在节点520、522之间施加DC加热器偏置电压Vheat，节点520、522分别通过通孔406、408连接到基板的器件层108。有利地，由其中不是二极管底部条带118而是波导110被电阻加热的器件结构促进的涉及单独电路506、508的电气配置可以简化电路设计并且在调节器件温度方面提供更大的灵活性，同时优化二极管结构112中的电吸收。
可以以各种方式修改上述器件结构，同时保留显著的结构特征。例如，垂直层叠结构不一定是p-i-n二极管结构，而是可以例如包括夹在两个相同类型的掺杂半导体层(形成n-i-n或p-i-p结构)之间的本征层，或者可以甚至更一般地包括由绝缘层隔开的两个导电层。此外，整个器件结构不一定是异构的。例如，由化合物半导体制成的台面型二极管可以形成在化合物半导体(例如，InP)基板上而不是绝缘体上硅基板上，二极管结构的电阻加热通过电连接和电路来实现，如图2A-图3中所示。而且，在一些实施例中，可以省略二极管结构下方的波导，并且可以经由形成在基板的顶部上的化合物半导体波导将光引导到二极管结构，或者通过其他手段将光耦合到二极管中。
已经描述了电阻加热的光电器件的各种结构实施例，现在将参考图6中所示的流程图描述操作这种器件的方法。方法600涉及将(例如，经由波导110接收的)光学模式耦合到器件的二极管结构112的本征层中(动作602)，并通过施加到顶部和底部(例如，p型和n型)二极管层120、118的电触点(例如，通孔122和202、204或402、404)的电压而通过在二极管结构112上施加电场来调制光学模式(动作604)。电压可以包括在二极管结构112上创建反向偏置的DC分量以及用作调制信号的AC分量(例如，RF电压)。为了稳定器件的操作，确定操作条件，诸如二极管结构112(或特别是光学模式所在的本征层116)的温度(动作606)。二极管结构的温度可以例如从环境温度的测量值推断，或者可以例如使用紧邻二极管结构而被并入到器件中的一个或多个热传感器来直接测量。测量的温度(或其他确定的条件)可以被用来控制施加在二极管的底层上(例如，如图2A-图3中所示)或在基板器件层108(例如，如图4A-图5中所示)上的加热器偏置电压(动作608)。该器件可以包括合适的控制电路(其可以形成集成光子电路(PIC)的一部分或者被提供例如在与PIC电连接的单独的电子控制芯片上)。
虽然本公开集中于光调制器，但所描述的器件结构不限于该特定应用。更广泛地，所公开的结构可以被集成在依赖于半导体带边缘效应以用于光发射、吸收或调制的任何光发射或光接收器件中并在其中提供益处。例如，为了采用如本文所述的光电器件作为RF接收器，可以将调制的光信号耦合到二极管结构中，并且可以通过与顶部和底部二极管层的电连接来测量(而不是施加)RF电压。
本文描述的光电器件的益处之一是它们在标准铸造厂中利用标准平面半导体处理流程进行制造的操作性。图7是图示了制造异质光电器件的示例方法700的流程图，该异质光电器件诸如是参考图2A-图5描述的器件200、400。方法700涉及对基板(例如，SOI基板)进行光刻图案化和蚀刻以在基板102的器件层中形成诸如波导110之类的光学器件结构以及可选的热隔离沟道136(动作702)。然后可以在器件层上沉积电绝缘包层(动作704)。可以单独形成从中形成二极管结构的化合物半导体层的堆叠并将其切割成块，然后将层叠的化合物半导体块接合到基板(更具体地，基板的顶部介电层)(动作706)。在一个或多个步骤中对化合物半导体进行光刻图案化和蚀刻，以形成二极管层(动作708)。接下来，根据各种实施例，在整个结构(覆盖二极管结构)上方沉积厚的介电材料层并将其平坦化(动作710)。然后，在一系列步骤中形成提供器件的各种电连接的通孔。通孔通常可以全部由相同的金属或其他导电材料制成。可替代地，不同的金属/材料可以被用于不同的通孔组(例如，加热器通孔与二极管通孔)。
通过将垂直沟道图案化和蚀刻到厚电介质中并用金属或其他导电材料填充沟道来创建接触底部二极管层以及(如果适用的话)基板的器件层的通孔(动作712)。如果底部二极管层很薄(如在许多实施例中那样)，则接触底部二极管层的通孔和接触基板器件层的通孔的长度足够类似以允许分别使用底部二极管层和器件层作为停止层来同时蚀刻相应的沟道。另外，可以在与形成接触基板的器件层的通孔分开的步骤中形成接触顶部二极管层的通孔。一旦已经形成了接触器件层和底部二极管层的通孔，就对沉积的金属进行抛光(步骤714)，并且对由此暴露的厚的介电层进行图案化和蚀刻，以形成用于接触顶部二极管层的通孔的沟道，其同样填充有金属或一些其他导电材料(动作716)。可替代地，在一些实施例中，还可能的是，本征二极管层和顶部二极管层的厚度以及因此接触顶部和底部二极管层的通孔之间的长度差异足够小以促进在相同的图案化/蚀刻或填充步骤中一起创建所有通孔。
上述制造步骤可以形成用于PIC的工艺流程的一部分，PIC还包括其他光学组件(除了电吸收调制器或类似的光电器件200、400以外)，诸如例如一个或多个激光器、光电检测器、干涉仪、光放大器、光开关、多路复用器等。通常在单个晶片上同时创建多个PIC，然后可以将晶片切割成单个芯片(或管芯)，每个芯片对应于单个PIC。PIC管芯可以被倒装芯片接合到组件级基板，该基板为PIC提供电连接和/或光连接；该组件级基板还可以用作收发器PIC的以及在同一封装中使用的任何附加光子和/或电子模块的公共基板。
已经描述了具有加热器的光电器件的不同方面和特征，提供以下编号的示例作为说明性实施例：
1.一种集成光电器件，包括：半导体基板；形成在基板上方的二极管结构，所述二极管结构包括底部二极管条带，以及形成在底部二极管条带的顶部上的层叠的二极管台面，该层叠的二极管台面包括本征型层和顶部二极管层；接触二极管台面的顶部二极管层的第一电连接(例如，导电通孔)，所述第一电连接连接到电子电路的第一电节点；接触二极管台面的相对的对应侧上的底部二极管条的第二和第三电连接(例如，导电通孔)，所述第二电连接连接到电子电路的第二电节点并且所述第三电连接连接到电子电路的第三电节点。
2.根据示例1所述的器件，其中所述电子电路操作地在所述第二和第三节点之间施加加热器偏置电压，并且在所述二极管结构上施加反向偏置电压，其对应于第一节点和第二节点之间的电压与第一节点和第三节点之间的电压的非零平均值。
3.根据示例1或示例2所述的器件，其中所述电子电路操作地进一步在所述第一节点处施加RF信号电压。
4.根据示例1-3中任一项所述的器件，其中所述基板是绝缘体上半导体(SOI)基板，所述器件还包括形成在所述二极管结构下方的所述SOI基板的器件层中的波导。
5.根据示例4所述的器件，其中所述二极管结构由化合物半导体材料制成，所述波导和二极管台面共同形成异质光波导结构。
6.根据示例5所述的器件，其中所述波导由硅制成，并且所述二极管结构由III-V材料制成。
7.根据示例4-6中任一项所述的器件，还包括在所述二极管结构下方的所述SOI基板的手柄中形成的热隔离蚀刻区域或在所述二极管台面的两侧上的所述器件层中形成的一个或多个热隔离沟道中的至少一个。
8.根据示例1-7中任一项所述的器件，其中所述器件是电吸收调制器。
9.一种集成光电器件，包括：绝缘体上半导体(SOI)基板；异质光波导结构，包括形成在所述SOI基板的器件层中的波导和形成在所述波导上方的层叠的化合物半导体结构，所述化合物半导体结构包括掺杂底部条带，并且包括本征型层和掺杂顶层的层叠的台面形成在所述掺杂底部条带的顶部；接触所述层叠的台面的掺杂顶层的第一电连接(例如，导电通孔)，所述第一电连接连接到第一电节点；接触所述掺杂底部条带的一个或多个第二电连接(例如，导电通孔)，所述一个或多个第二电连接连接到第二电节点；接触所述波导的相对的相应侧上的所述SOI基板的所述器件层的第三电连接和第四电连接(例如，导电通孔)，所述第三电连接和第四电连接分别连接到第三电节点和第四电节点。
10.根据示例9所述的器件，其中所述层叠的化合物半导体结构是二极管结构。
11.根据示例9或示例10所述的器件，其中所述第一电节点和第二电节点是第一电子电路的一部分，所述第一电子电路的该部分操作地在所述第一电节点和第二节点之间的所述二极管结构上施加反向偏置电压，并且其中所述第三电节点和第四电节点是第二电子电路的一部分，所述第二电子电路的该部分操作地在所述第三节点和第四节点之间施加加热器偏置电压。
12.根据示例9-11中任一项所述的器件，还包括在所述异质光波导结构下方的所述SOI基板的手柄中形成的热隔离蚀刻区域或在所述波导和台面的两侧上的所述器件层中形成的一个或多个热隔离沟道中的至少一个。
13.根据示例9-12中任一项所述的器件，其中所述波导由硅制成，并且所述二极管结构由III-V材料制成。
14.根据示例9-13中任一项所述的器件，其中所述第三电连接和第四电连接沿着所述波导的轴线间隔开。
15.如实施例9-14中任一项所述的器件，其中所述器件是电吸收调制器。
16.一种方法，包括：将光学模式耦合到形成在基板上方的竖直层叠的二极管结构的本征型层中，所述本征型层夹在所述二极管结构的掺杂顶层和掺杂底层之间；在所述顶层和底层之间的所述二极管结构上施加反向偏置电压；在所述顶层和底层之间的所述二极管结构上施加射频信号以调制所述光学模式的强度；在电连接(例如，导电通孔)之间施加加热器偏置电压，所述电连接放置在所述二极管结构的相对的相应侧上，与所述底层或所述基板的器件层电接触，从而分别地电阻加热所述二极管结构的所述底层或形成在所述二极管结构下方的所述器件层中的波导。
17.根据示例16所述的方法，还包括控制加热器偏置电压以将所述二极管结构的温度保持在指定的操作范围内。
18.根据示例17所述的方法，其中至少部分地基于所述二极管结构的环境温度或感测温度中的至少一个温度来控制所述加热器偏置电压。
19.根据示例16-18中任一项所述的方法，其中放置在所述二极管结构的相对的相应侧上的所述电连接接触所述二极管结构的掺杂底层，并且其中所述反向偏置电压被施加在接触所述二极管结构的所述掺杂顶层的电连接和接触所述二极管结构的所述掺杂底层的电连接之间。
20.根据示例16-18中任一项所述的方法，其中放置在所述二极管结构的相对的相应侧上的所述电连接接触所述基板的所述器件层并且连接到第一电子电路的电节点，并且其中所述反向偏置电压被施加在接触所述二极管结构的所述掺杂顶层的电连接和接触所述二极管结构的所述掺杂底层的电连接之间，接触所述掺杂顶层和掺杂底层的电连接连接到与所述第一电子电路分开的第二电子电路的电节点。
尽管已经参考具体示例实施例描述了本发明的主题，但是显而易见的是，在不脱离本发明主题的更广泛的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被视为说明性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种集成光电器件，包括：
半导体基板；
二极管结构，形成在所述基板上方，所述二极管结构包括底部二极管条带，和形成在所述底部二极管条带的顶部上的层叠的二极管台面，所述二极管台面包括本征型层和顶部二极管层；
第一导电通孔，接触所述二极管台面的所述顶部二极管层；
第二导电通孔和第三导电通孔，在所述二极管台面的相对的相应侧上接触所述底部二极管条带或者所述基板的器件层；以及
一个或多个电子电路，包括连接到所述第一导电通孔的第一电节点、连接到所述第二导电通孔的第二电节点、以及连接到所述第三导电通孔的第三电节点，所述一个或多个电子电路被配置为在所述第二电节点与所述第三电节点之间施加直流偏置电压。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述第二导电通孔和所述第三导电通孔接触所述二极管结构的掺杂底部条带，并且其中所述第一电节点、所述第二电节点和所述第三电节点被包括在单个电子电路中。
3.根据权利要求2所述的集成光电器件，其中所述单个电子电路还被配置为在所述第一电节点与第四电节点之间的所述二极管结构两端施加反向偏置电压和射频信号，所述第四点电节点位于所述第二电节点与所述第三电节点之间。
4.根据权利要求3所述的集成光电器件，其中所述底部二极管条带、以及所述第二导电通孔和所述第三导电通孔在结构上关于所述二极管台面对称，并且其中所述第四电节点处的电势是所述第二电节点处的电势和所述第三电节点处的电势的算术平均值。
5.根据权利要求2所述的集成光电器件，其中所述单个电子电路还被配置为测量所述第一电节点与所述第四电节点之间的所述二极管结构两端的射频信号，所述第四点电节点位于所述第二电节点与所述第三电节点之间。
6.根据权利要求2所述的集成光电器件，其中所述单个电子电路包括两个直流电压源，所述两个直流电压源将相应的直流电压施加到所述第二电节点和所述第三电节点，所述第二电节点与所述第三电节点之间的所述直流偏置电压是差分电压。
7.根据权利要求2所述的集成光电器件，其中所述第二导电通孔和所述第三导电通孔接触所述基板的所述器件层，所述器件还包括接触所述底部二极管条带的一个或多个第四导电通孔，其中所述一个或多个电子电路包括第一电子电路和第二电子电路，所述第一电子电路包括所述第一电节点和第四电节点，所述第四电节点连接到所述一个或多个第四导电通孔，并且所述第二电子电路包括所述第二电节点和所述第三电节点、并且被配置为在所述第二电节点与所述第三电节点之间施加所述直流偏置电压。
8.根据权利要求7所述的集成光电器件，其中所述第一电子电路被配置为在所述第一电节点与所述第四电节点之间的所述二极管结构两端施加反向偏置电压和射频信号。
9.根据权利要求7所述的集成光电器件，其中所述第一电子电路被配置为测量所述第一电节点与所述第四电节点之间的所述二极管结构两端的射频信号。
10.根据权利要求1所述的集成光电器件，其中所述一个或多个电子电路还被配置为控制所述直流偏置电压以将所述二极管结构的温度保持在指定的操作范围内。
11.一种方法，包括：
将光学模式耦合到形成在基板上方的竖直层叠的二极管结构的本征型层中，所述二极管结构包括底部二极管条带、以及形成在所述底部二极管条带的顶部的层叠的二极管台面，所述二极管台面包括本征型层和顶部二极管层；
在所述顶部二极管层与所述底部二极管条带之间的所述二极管结构两端施加反向偏置电压；
在所述顶部二极管层与所述底部二极管条带之间的所述二极管结构两端施加射频信号以调制所述光学模式的强度；以及
在导电通孔之间施加加热器偏置电压，所述导电通孔被放置在所述二极管台面的相对的相应侧上，所述二极管台面与所述底部二极管条带或者所述基板的器件层电接触，以由此分别地电阻加热所述二极管结构的所述底部二极管条带或者形成在所述二极管结构下方的所述器件层中的波导。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括控制所述加热器偏置电压以将所述二极管结构的温度保持在指定的操作范围内。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述加热器偏置电压至少部分地基于所述二极管结构的环境温度和感测温度中的至少一个温度而被控制。
14.根据权利要求11所述的方法，其中被放置在所述二极管台面的相对的相应侧上的所述导电通孔接触所述底部二极管条带，并且其中所述反向偏置电压被施加在接触所述顶部二极管层的导电通孔与接触所述底部二极管条带的所述导电通孔之间。
15.根据权利要求11所述的方法，其中被放置在所述二极管台面的相对的相应侧上的所述导电通孔接触所述基板的所述器件层并且连接到第一电子电路的电节点，并且其中所述反向偏置电压被施加在接触所述顶部二极管层的导电通孔与接触所述二极管结构的所述底部二极管条带的导电通孔之间，与所述顶部二极管层接触的所述导电通孔和与所述底部二极管条带接触的所述导电通孔被连接到与所述第一电子电路分开的第二电子电路的电节点。
16.一种方法，包括：
将经调制的光学信号耦合到形成在基板上方的竖直层叠的二极管结构的本征型层中，所述二极管结构包括底部二极管条带、以及形成在所述底部二极管条带的顶部的层叠的二极管台面，所述二极管台面包括所述本征型层和顶部二极管层；
在所述顶部二极管层与所述底部二极管条带之间的所述二极管结构两端测量射频信号；以及
在导电通孔之间施加加热器偏置电压，所述导电通孔被放置在所述二极管台面的相对的相应侧上，所述二极管台面与所述底部二极管条带或者所述基板的器件层电接触，以由此分别地电阻加热所述二极管结构的所述底部二极管条带或者形成在所述二极管结构下方的所述器件层中的波导。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括控制所述加热器偏置电压以将所述二极管结构的温度保持在指定的操作范围内。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述加热器偏置电压至少部分地基于所述二极管结构的环境温度和感测温度中的至少一个温度而被控制。
19.根据权利要求16所述的方法，其中被放置在所述二极管台面的相对的相应侧上的所述导电通孔接触所述底部二极管条带，并且其中所述射频信号在接触所述顶部二极管层的导电通孔与接触底部二极管条带的所述导电通孔之间被测量。
20.根据权利要求16所述的方法，其中被放置在所述二极管台面的相对的相应侧上的所述导电通孔接触所述基板的所述器件层并且连接到第一电子电路的电节点，并且其中所述射频信号在接触所述顶部二极管层的导电通孔与接触所述底部二极管条带的导电通孔之间被测量，与所述顶部二极管层接触的所述导电通孔和与所述底部二极管条带接触的所述导电通孔被连接到与所述第一电子电路分开的第二电子电路的电节点。
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