CN116794860A - 具有增强的相位调谐的混合金属氧化物半导体电容器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有增强的相位调谐的混合金属氧化物半导体电容器，所公开的实施方式改进了如混合半导体上金属电容器(MOSCAP)III‑V/Si微环激光器等光学器件的相位调谐效率。本公开将硅器件集成到本文所公开的光学器件的波导结构中，例如，波导电阻器加热器、波导PIN二极管、以及波导PN二极管。在一些示例中，这些光学器件是由两个半导体层之间的电介质层形成的MOSCAP，该MOSCAP经由将取决于偏压极性而发生的等离子体色散和/或载流子色散效应来实现微小的相位调谐。根据本文所公开的实施方式，基于集成到该波导中的所公开的硅器件，通过加热、载流子注入、和/或附加的等离子体色散来增强该等离子体色散和/或载流子色散效应。

Description

具有增强的相位调谐的混合金属氧化物半导体电容器
背景技术
在光发射器中，光调制器用于用模拟信号或数字信号来调制光载波(光束)以通过光纤传输。典型的基于波分复用的光发射器使用各自以不同的波长工作的几个激光器来生成几个不同的光载波。每个载波穿过其自己的光调制器，在光调制器处，用要传输的信号来调制该载波。然后经调制的载波通过光复用器被馈送到光纤中以进行传输。示例硅基光调制器设计包括邻接硅光波导的金属氧化物半导体(MOS)电容器。施加在该电容器上的信号在电容器的中心附近引发电荷累积。这种电荷累积修改了光波导的折射率及其传播损耗。修改折射率会使通过波导传播的光束发生相移，由此对光进行相位调制。当相移用于如马赫-曾德尔干涉仪(MZI)、环形谐振器或法布里-珀罗(FP)谐振器等光波导部件中时，该光波导部件将光学相移变换成光功率变化以实现光学强度调制。当目的是降低模拟光功率或恒定光功率时，代替将电信号编码成光信号，该光调制器可以被用作光衰减器。
附图说明
根据一个或多个各种实施例，参照以下附图详细地描述本公开。附图仅被提供用于说明目的，并且仅描绘典型实施例或示例实施例。
图1A和图1B图示了示例混合金属氧化物半导体(MOS)环形谐振器光调制器。
图1C示出了对于各种阴极材料，施加到图1A和图1B的光调制器的电压与模式折射率变化和FCA变化之间的模拟关系。
图2图示了根据本文所公开的实施方式的示例光学器件。
图3图示了根据本文所公开的实施方式的示例光学器件的俯视图。
图4图示了根据本文所公开的实施方式的集成有电阻器元件的示例光学器件。
图5图示了根据本文所公开的实施方式的集成有正本征负(PIN)结二极管元件的示例光学器件。
图6图示了根据本文所公开的实施方式的集成有正负(PN)结二极管元件的示例光学器件。
图7是根据本文所公开的实施方式的示例光学器件的示意图。
图8是可以用于实施本公开的各种光学器件的各种特征的示例计算机系统。
附图并非是穷举的，并且不将本公开限制于所公开的精确形式。
具体实施方式
本文所公开的各种示例提供了采用邻接到光波导的异质MOS电容器(MOSCAP)的光调制器。可以通过施加偏压在MOSCAP内引发电荷累积和/或耗尽。累积和/或耗尽修改光波导的折射率以及使通过光波导传播的光束发生相移，由此对光束进行相位调制。然而，在传统MOSCAP设计阶段中引发的相移是微弱并且效率低下的。例如，相移因其基于载流子累积或载流子耗尽而是微弱的，这意味着相移取决于可能是微弱的载流子的存在或不存在。
相应地，本文的示例提供了增强的相移性质，并且因此提供了改进的相位调制效率。例如，本文的实施方式提供了一种具有薄界面氧化物(例如，电介质材料)的光学器件，该薄界面氧化物夹在两个不同的半导体(例如，阴极和阳极)之间，由此形成异质MOSCAP(本文中称为异质或混合MOSCAP)。在各种示例中，不同的半导体包括具有III-V族材料的第一半导体以及具有硅、其他IV族材料(例如，锗、碳化硅、硅锗等等)的第二半导体、或任何能够有导电性和光学透明度的半导体材料。这两种半导体可以形成于光波导中并且在光波导的相对两侧上。
通过变化自由载流子密度，电容器内的(例如，光波导内的)电荷耗尽或累积改变光波导的局部折射率。根据本文所公开的实施方式，通过将半导体器件(如电阻器元件、PIN结二极管、或PN结二极管)集成到与MOSCAP组合的光波导中来增强该效应。在一些示例中，本文所公开的光学器件还将发光部件集成到光学器件中。发光部件(如激光器或其他发光二极管)可以形成于MOSCAP上并且适于生成可以被注入到光波导中的光。然后可以基于由MOSCAP内的电荷累积和/或耗尽引发的波导的局部折射率变化来使该注入的光相移并且对其进行调制。
相应地，本公开提供了用于改进混合MOSCAP微环激光器的相位调谐效率的各种配置。经改进的相位调谐效率导致更宽的波长移位，这可以被用于基于谐振器的调制器的直接高速调制和/或对齐。自身由两个半导体层之间的薄电介质层形成的MOSCAP结构经由取决于偏压极性发生的等离子体色散或载流子色散效应导致小的相位调谐。这种相位调谐可以通过加热、载流子注入或通过独立并且同时对集成硅器件施加偏压实现的附加的等离子体色散来增强，例如，该集成硅器件实施为集成到光波导中的电阻器元件、PN结二极管、以及PIN结二极管中的一个。
相应地，本文所公开的实施方式提供了改进当前技术水平的微环激光器和/或光调制器的相移器效率的结构。附加地，本文的实施方式利用多个单独的电触点(本文中还称为电极)，可以对该多个单独的电触点独立地施加偏压(例如，通过对每个电节点独立地施加偏压)以不仅实现更宽的相移范围而且实现调谐能力的更复杂功能性。
例如，本文所公开的光学器件可以增强，由实施DWDM系统(如收发器)的密集波分复用(DWDM)光子集成电路(PIC)使用的相移和调制，。密集波分复用(DWDM)是一种用于增加现有光纤网络上的带宽的光学复用技术。DWDM PIC架构包括完全集成在单一制造平台上的光子设备。通过使用提供改进的相移和调制效率的本文所公开的实施方式，可以以更高的性能和更小的占用空间来实现PIC上的许多光学器件。
应注意的是，如本文所使用的术语“优化”、“最优”、“改进”、“增强”等可以用于意指达成或实现尽可能有效或完美的性能。然而，阅读本文件的本领域普通技术人员将认识到，并不总是能够实现完美。因此，这些术语还可以涵盖在给定的情况下达成或实现尽可能好或有效或实际的性能、或者达成或实现优于利用其他设置或参数可以实现的性能。
图1A和图1B图示了示例混合MOS环形谐振器光调制器100。图1A是光调制器100的立体图，并且图1B是混合MOS光调制器100的沿着图1A中所示的线A-A’截取的截面视图。
光调制器100包括：光波导102、包括第一材料并且形成于光波导102中的阴极104、以及包括与第一材料不同的第二材料并且形成于光波导102中的阳极106。阳极与阴极邻接。电容器被限定在阳极与阴极之间。
在一些示例中，衬底101包括在下卧层108上生长的氧化物。硅层110形成于衬底101上。沟槽112将光调制器100分隔成两个部分114和116。第一部分114包括阳极106。光波导102形成于阳极106中。阴极104被集成到第二部分116。在各种实施例中，阴极104包括III-V族材料层作为第一材料。MOS电容器124被限定在阴极104与阳极106之间。
电介质118形成在阴极104与阳极106之间。电介质118可以是形成在MOS电容器124的阴极104与阳极106之间的电绝缘材料，并且通过所施加的电场将电介质118极化可以在给定电场强度下增加MOS电容器224的表面电荷。电介质118可以是阴极或阳极或两者的原生氧化物，或者是可以通过沉积、氧化、晶片接合或其他电介质涂布方法形成的外部电介质材料，如高k介质或聚合物。
阴极104可以包括负掺杂硅，而阳极106可以包括正掺杂硅。阴极电极120设置在阴极104上，而阳极电极122设置在阳极106上。当在这些电极之间施加电压时，可以在电介质118周围发生载流子累积、耗尽或反转。由于电容器区域与光波导重叠，因此载流子浓度变化可以引起波导模式折射率和传播损耗的变化。通过对施加在这些电极之间的电压施加偏压，可以相应地调制折射率，由此引发光学强度调制、相移调制、以及衰减。
光可以被输入到总线波导105中，光的一部分被分接到光波导102中(例如，在总线波导104中传播的光的至少一部分被传送到光波导102中)。基于通过对MOS电容器124施加偏压引发的波导模式折射率的变化对传播穿过光波导102的光进行调制、衰减、以及相移。经调制和衰减的光的一部分然后可以从光波导102中离开接入到总线波导105中，并且从光调制器100输出供下游使用。
例如，图1B包括DC电源126。DC电源126充当信号源并且具有连接到阴极电极120的负端子以及连接阳极电极122的正端子。这导致负电荷从阴极104朝向光波导102的与阴极104相邻的一侧迁移，以及正电荷(“空穴”)从阳极106迁移到波导102的相反侧(本文中还称为累积模式)。在其他示例中，可以颠倒DC电源126的极性。颠倒DC电源126的极性使负电荷从波导102朝向阴极电极120迁移，以及空穴从波导102朝向阳极电极122迁移(本文中还称为耗尽模式)。
MOS电容器124形成在阴极104的III-V族材料与本征硅或其他IV族材料的下伏电容器部分之间的边界处。硅和III-V族氧化物(例如，电介质118)的薄层自然地形成在这个边界处并且用作电容器的电介质。在一些示例中，这个薄层具有纳米级的厚度，例如，几纳米厚。在一些示例中，不需要采取步骤来鼓励电介质118的形成。在其他示例中，可以例如通过提升温度、将材料暴露于富氧气氛或其他合适的技术来刺激电介质118的形成。
在一些示例中，III-V族材料可以包括磷化铟(InP)。在其他示例中，III-V族材料可以包括砷化镓(GaAS)或铟、镓、磷和砷的其他化合物。更通常地，阴极和阳极由可以包括II-VI半导体化合物或其他材料的不同材料形成。可以使用金属。
如先前所讨论的，MOS电容器124形成于光波导102的内部，使得在电容器电介质的两侧上累积/耗尽的电荷载流子具有改变光波导的折射率和波导损耗(例如，传播信号功率在波形上的损耗或衰减)的效应。
MOS电容器124可以在累积、耗尽、反转模式中操作(例如，除了存在空穴之外，还在电介质层处累积电子)。如上文所讨论的，可以在阳极与阴极之间施加DC电压，从而使薄电荷层在电介质层118的两侧上累积、耗尽或反转。自由载流子密度的所得变化引起光波导102的折射率n的变化，这表现为光学模式的有效折射率的变化(Δneff)。可以如下描述有效折射率的变化或调制量(Δneff)以及光学损耗的相关联变化(Δα)：
其中，q是施加到阴极104和阳极106的电荷，c是真空中的光速，ε0是自由空间的介电常数，n是材料折射率，ΔN表示载流子密度的变化，使得ΔNe表示电子方面的载流子密度的变化，ΔNh表示空穴方面的载流子密度的变化，m*表示电子(m*ce)与空穴(m*ch)的相对有效质量，μh表示空穴迁移率，μe表示电子迁移率，以及λ0是自由空间波长。
电容器的端部处的光学相移取决于电压引发的Δneff、设备长度L、以及光学波长λ的量值。在这个示例中，光学相移可以计算为/>因此，光波导102内的光的光学相位可以基于电压引发的Δneff来移位。在各种示例中，硅和III-V族材料的波导损耗还可能随着载流子密度变化同时改变，并且对波导损耗的变化的控制可以被用作光衰减器。例如，可以基于载流子密度的变化而控制波导损耗的变化，这可能会带来波导损耗的衰减。衰减的波导损耗可以用于调制信号。
如在图1A中所示出的，光调制器100可以是环形谐振器光调制器。在这种情况下，在图1B中所示出的沟槽112被提供为将光调制器分别划分成第一部分114和第二部分116的环状沟槽。类似地，阳极106被提供为第二部分中的环状阳极以及阴极104、电介质118、以及硅层116在第一部分中是圆柱形状的。MOS电容器124跨阴极与阳极之间的边界被限定。
图1C示出了对于各种阴极材料，施加到图1A和图1B的光调制器100的电压与波导的光学模式折射率变化(Δneff)(左轴线)和自由载流子吸收(FCA)变化(右轴线)之间的模拟关系。如由指针130所指示的，实线示出了针对每种材料(例如，Si、InP、以及GaAs)的折射率的变化(Δneff)。类似地，指针140指示了虚线示出针对每种材料(例如，Si、InP、以及GaAs)的FCA的变化。
用于生成图1C的示例光调制器包括了由Si、InP、或GaAS中的一个形成的具有厚度为150nm的阴极106，如在图1C中所示出的。电介质层118具有15nm的厚度并且由二氧化铝(Al2O2)形成。阳极104由Si形成。其中形成波导102的阳极104部分的厚度为800nm宽和250nm厚。这是用于生成显示在图1C中的模拟数据的示例配置。其他配置也是可设想到的。
如上文所描述的，电荷在界面层处的耗尽或累积会引起将改变波导102的局部折射率的自由载流子密度的变化。然而，如在图1C中所示出的，在传统系统中，这种效应是微弱的、缓慢的以及效率低下的。例如，图1C示出了根据左y轴线折射率的微弱变化(Δneff)。例如，如结合图4至图6所描述的，本文所公开的实施方式增强折射率的变化。相应地，本文所公开的示例通过以下方式改进了这种效应：例如，通过增加每施加电压的变化量和/或降低施加的电压与引发的变化之间的时间量来改进由MOS电容器引发的光学相移。本文所公开的实施方式组合MOS电容器调制器与集成到光波导中的硅器件，硅器件被配置成通过以下方式改进光学相移的效率：例如，通过将电阻器元件、PIN结二极管和/或PN结二极管集成到光波导中来增加波导中的载流子浓度的变化。
图2图示了根据本文所公开的实施方式的示例光学器件。本文的实施方式被描述为MOS电容器(MOSCAP)激光器，并且更特别地，被描述为包括混合MOS光调制器的微型激光器。光学器件200可以是图3的光学器件300的沿着线B-B’截取的截面的表示。
光学器件200包括：光波导202、包括第一材料并且其一部分形成于光波导202中的第一阴极204、以及包括与第一材料不同的第二材料并且形成于光波导202中的阳极206。阳极206在波导202内邻接阴极204。电容器224被限定在阳极206与阴极204之间。
在各种示例中，在衬底208上生长包括氧化物的盒层(box layer)201，例如，不同的氧化物，如二氧化硅层。附加地，硅器件层210和阳极206形成在盒层201上。阴极204与盒层201相反地形成在硅器件层210上方并且横跨形成在硅器件层240与电容器224之间的沟槽212。在各种实施例中，阴极204包括III-V族材料层作为第一材料，如磷化铟(InP)、砷化镓(GaAS)或者铟、镓、磷和砷的其他化合物。阴极204可以通过沉积、晶片接合、单片生长或其他制作技术来形成。阳极206可以包括硅或另一IV族材料作为第二材料，例如，锗、碳化硅、硅锗等等。电容器224可以是限定在阴极204与阳极206之间的MOSCAP。
电介质218(本文中还称为界面层)形成在阴极204与阳极202之间并且形成于波导202中。电介质218可以是阴极或阳极或两者的原生氧化物，或者是可以通过沉积、氧化、晶片接合或其他电介质涂布方法形成的外部电介质材料，如高k电介质或聚合物。
MOSCAP 224形成于阴极204的第一材料与半导体材料(例如，硅或其他IV族材料)的下伏光波导之间的边界处。硅和III-V氧化物(例如，电介质218)的薄层形成在这个边界处并且用作电容器的电介质。在一些示例中，电介质层218可以具有纳米级厚度，例如，电介质层218可以是几纳米厚。在一些示例中，不需要采取步骤来鼓励电介质218的形成。在其他示例中，可以例如通过提升温度、将材料暴露于富氧气氛或其他合适的技术来刺激电介质218的形成。
阴极204可以包括负掺杂硅(例如，n掺杂半导体层)，并且阳极206可以包括正掺杂材料(例如，p掺杂半导体层)。在一些实施方式中，阳极206包括重正掺杂材料，例如，包括比阴极204的载流子浓度大的载流子浓度(例如，空穴或电子)。在示例中，阳极206可以包括被掺杂为大约1e20 cm-3的材料。在一些示例中，硅器件层210可以包括重掺杂材料，例如，硅器件层210可以包括被掺杂为大约1e20 cm-3的材料。接触电极220(还被称为电极220)设置在阴极204上，并且接触电极222(还被称为电极222)设置在阳极206上。当向电极220和222施加电压偏压时，可以在电介质220周围发生载流子累积、耗尽或反转，如下文更加详细地描述的。由于电容器区域与光波导重叠，因此载流子浓度变化可以引起波导模式折射率和传播损耗的变化。通过对施加在电极220与222之间的电压施加偏压，可以相应地调制折射率，从而引发光学强度调制、衰减和光学模式相移(例如，使由波导202承载的波长移位)。
基于通过对MOSCAP 224施加偏压引发的波导模式折射率的变化来对传播穿过光波导202(例如，正交于图2)的光进行调制、衰减和相移。经调制和衰减的光的一部分然后可以经由沟槽212与盒层201之间的沟道从光波导202离开接入到总线波导205中，并且从光学器件200输出供下游使用。可以提供盒层201以将光学模式局限在垂直方向上(例如，进入设置在盒层201上的层)。
如上文所讨论的，MOS电容器形成于光波导202的内部，使得在电容器电介质的两侧上累积/耗尽的电荷载流子具有改变波导的折射率以及改变传播损耗的效应。
MOS电容器可以在累积、耗尽或反转模式中操作。如上文所讨论的，可以在阳极206与阴极204之间施加DC电压，从而使薄电荷层在电介质层218的两侧上累积、耗尽或反转。自由载流子密度的所得变化引起波导202的折射率n的变化，这表现为光学模式的有效折射率的变化(Δneff)。根据上文在等式1和2中所阐述的，可以描述有效折射率的变化或调制量(Δneff)以及光学损耗的相关联变化(Δα)。电压引发的Δneff还引起在光波导202中传播的光的光学相移，如上文所讨论的。
为了增强有效折射率的变化和在光波导202中引发的光学相移，在盒层201上并且在波导202中形成硅器件层210。硅器件层210包括阳极206和第二阴极240，该第二阴极包含第三材料并且形成于总线波导205中。第三材料可以是硅或另一IV族材料，该硅或另一IV族材料可以相同或不同于阴极204的材料。第二阴极240也形成在光波导202中，从而提供通道，穿过波导202的一部分光可以通过该沟道接入到总线波导205中。第二阴极240形成于硅器件层210中并且与沟槽212重叠。
如上所述，模式有效折射率的变化以及由施加到MOS电容器的电压偏压引发的相移是小的，并且通过本文公开的实施方式通过使用硅器件层210来增强。例如，如上文所描述的，本文所公开的实施方式改进了相位调谐效率，这转化为可以用于基于谐振器的调制器的直接高速调制和/或对齐的更宽波长移位。例如，第二阴极240可以包括可以是正掺杂材料或负掺杂材料(例如，n掺杂半导体层或p掺杂半导体层)的掺杂材料，并且光波导202可以包括本征掺杂材料或正掺杂材料和/或负掺杂材料(例如，n掺杂半导体层或p掺杂半导体层)。第二阴极240可以是任一极性的重掺杂材料(例如，210可以包括被掺杂为大约1e20cm-3的材料)。接触电极234被设置在阴极240上。当在电极234与222之间施加电压偏压时，可以基于硅器件层210的掺杂材料在光波导202内发生载流子累积、耗尽或反转的增强，如下文更详细地描述的。由于形成在光波导202中的硅器件层210，因此载流子浓度变化可以增强通过对MOSCAP 224施加偏压引发的波导模式折射率和传播损耗的变化。
在各种示例中，电介质218形成在阴极240与阴极204之间。在图2中示出的示例中，电介质218从阴极204到光波导202连续地形成以便与沟槽212重叠。在另一示例中，沟槽212内可能不存在电介质218。在这种情况下，可以形成两个电介质218，即光波导202与阴极204之间的第一电介质以及阴极240与阴极204之间的第二电介质。
附加地，在各种示例中，光学器件200包括可选发光部分，该发光部分被配置成生成注入到光波导202中的光。可以基于对MOSCAP 224和第二阴极240施加偏压来调制由发光部分生成的光，并且经调制光的一部分可以被分接到总线波导205中。在光学器件200中不包括发光部分的情况下，光可以从总线波导205接收并且被分接到光波导202中，如上文所描述的。分接光然后可以基于对MOSCAP 224和第二阴极240施加偏压来进行调制，并且然后输出到总线波导205中。
发光部分可以是发光二极管、激光二极管等。在图2中所示出的说明性示例中，光学器件200包括形成在阴极204上的光学增益材料232(或在激光二极管的情况下是激光增益材料)。例如，光学增益材料232可以包括量子点(QD)或量子阱(QW)。掺杂半导体层230形成在光学增益材料232与高掺杂半导体层228之间。半导体层230和228可以包括硅或另一IV族材料。在本文所公开的各种示例中，在按每1亿个原子添加一个掺杂剂原子的量级添加掺杂剂的情况下，材料可以被称为低掺杂的或轻掺杂的。然而在如按万分之一原子的量级添加更多掺杂剂原子的情况下，材料可以被称为高掺杂的。在一个说明性示例中，半导体层230可以在5e17 cm-3与5e18 cm-3之间被掺杂，半导体层230可以在5e17 cm-3与5e18 cm-3之间被掺杂；硅器件层210和阳极206可以被掺杂为大约1e20 cm-3，并且高掺杂半导体层228可以在5e18 cm-3与5e19 cm-3之间被掺杂。
掺杂半导体层230可以包括正掺杂硅(例如，p掺杂半导体层)，并且高掺杂半导体层228可以包括正掺杂硅(例如，高p掺杂半导体层)。电极226可以与掺杂半导体层230相反地形成在高掺杂半导体层228上。当在电极226与电极220之间施加电压偏压时，载流子浓度变化导致光学增益材料230中的刺激发射，从而生成光。所生成的光穿过层并且在波导202处被接收，然后根据MOSCAP和硅器件层210的偏压进行调制。经调制的光的一部分被接入到波导205中供下游使用。对沟槽212的宽度的控制更改来自光波导202的被注入到波导205中的光的量(例如，较大宽度导致注入到波导中的光的百分比较小)。
相应地，通过对在电极226与电极220之间施加的电压施加偏压，光发射由光学器件200生成并且被注入到光波导202中。然后可以通过以下方式对光进行调制和衰减：通过对施加到电容器区域的电压施加偏压来变化光波导202的折射率，这可以通过对硅器件层区域施加偏压来增强。例如，采用通过单独的电触点进行的相移和调制(例如，在电极220与电极222之间施加电压偏压，同时在电极234与电极222之间施加偏压)，本文的实施方式可以不仅获得利用两个同步NRZ电信号以较大光学调制振幅(OMA)进行的不归零(NRZ)调制，而且获得利用两个单独NRZ电信号进行的脉冲振幅调制(例如，PAM4)。例如，独立地对施加到每一对电极触点的电压施加偏压允许单独调制。作为说明性示例，MOSCAP 224和第二阴极240可以被独立地施加偏压以便引发对相移性质的变化调制。此外，发光部分的偏压可以准许输出光的振幅的调制连同相移的调制。作为说明性示例，通过对跨发光部分的电极226和220电压施加偏压以引发对光的振幅调制(例如，使光强度变化)，同时还对MOSCAP 224和第二阴极240施加偏压以引发相移调制。
虽然图2图示了包括发光部分的光学器件200，但本公开并不如此受限制。例如，光学器件200不需要包括发光部分并且可以从外部源接收光，例如，类似于上文描述的光调制器100。附加地，虽然某些材料被描述为负掺杂的或正掺杂的，但实施方式并不限于此，并且可以切换极性掺杂。例如，虽然以上示例将阴极204描述为负掺杂的并且将阳极206、层230和层228描述为正掺杂的，但可以切换每个层的极性，使得阴极204是正掺杂的并且阳极206、层230和层228可以是负掺杂的。
图3图示了根据本文所公开的实施方式的示例光学器件的俯视图。图3的光学器件300图示了包括具有环形结构的混合MOS光调制器的微型激光器，例如，包括混合MOS光调制器的微环激光器(通常在本文被称为MOSCAP微环激光器或简称为MOSCAP激光器)。在说明性示例中，光学器件300是当从上方观看时包括环或环形结构的光学器件200的示例。例如，图2的光学器件200可以是沿着线B-B’截取的光学器件300的截面的表示。相应地，图3中的附图标记可以对应于图2中的类似附图标记。例如，图3中的附图标记302可以对应于图2的光波导202，附图标记305可以对应于总线波导205等。这样，图3的元件和结构包括如上文结合图2所描述的性质和特性，除了如本文参照图3所阐述的。
光学器件300形成在盒层301上并且硅器件层310形成在该盒层上。环形阴极304形成在硅器件层310的顶部上并且横跨沟槽(未示出)，在该环形阴极与该硅器件层之间具有薄电介质(例如，类似于电介质218)(未示出)。硅器件层310形成在总线波导305和光波导302中。硅器件层310包括圆柱形阳极306、环形光波导302和环形阴极340。上面形成有电极322的圆柱形阳极306被环形光波导302和环形阴极340包围。波导305形成于阴极340中。MOS电容器使用形成于阴极304与阳极306之间的电介质被限定在阴极304与阳极306之间。
在图3的说明性示例中，圆柱形电极322形成在阳极306上；电极320a和320b(统称为电极320)形成在阴极304上；并且电极334a和334b(统称为电极334)形成在阴极340上。阴极304可以根据需要具有电极320a、电极320b或两者。每个电极320可以是部分环形的并且可以部分地包围阳极306。在另一示例中，电极320可以被集成为具有包围阳极306的环形形状的单一电极320。类似地，阴极340可以根据需要具有电极334a、电极334b或两者。每个电极334可以是部分环形的并且可以部分地包围阳极306。在另一示例中，电极334可以被集成为具有包围阳极306的环形形状的单一电极334。
附加地，类似于光学器件200，光学器件300包括由环形光学增益材料形成的发光部分，该发光部分位于包围阳极306的电极326下方。掺杂半导体层形成在光学增益材料与高掺杂半导体层之间，该高掺杂半导体层位于电极326下方，如结合图2所描述的。
在操作中，光在光波导302中沿圆形方向围绕环形谐振器传播。光的一部分然后离开光波导302被接入到总线波导305中，然后被输出到下游器件。
如上文提到的，由于对施加到电容器区域的电压施加偏压而发生的调制和衰减可以通过包括如本文阐述的形成在光波导(例如，波导202和/或波导302)中的硅器件层(例如，硅器件层210和/或硅器件层310)来增强。更特别地，根据本文的实施方式的硅器件层可以被掺杂以便响应于所施加的电压而引发波导中的载流子浓度的变化。例如，参照图2，硅器件层210可以包括将电阻器元件集成到光波导202(或302)中的重正掺杂材料(例如，硅等)。作为另一示例，硅器件层210可以包括将正-本征-负(PIN)结二极管元件集成到光波导202(或302)中的重负掺杂材料(例如，硅等)，其中，光波导是本征掺杂区域。在又一示例中，硅器件层210可以包括将正-负(PN)结二极管元件集成到光波导202(或302)中的重负掺杂材料(例如，硅等)的第一区域以及负掺杂材料(例如，硅等)的第二区域。在下文参照图4至图6提供了关于每个实施方式的进一步细节。
图4图示了根据本文所公开的实施方式的示例光学器件400。图4示出了与图2的光学器件200和/或图3的光学器件300类似或相同的光学器件400，使得图4中的相似附图标记表示与图2相同的元件。因此，与光学器件200和光学器件300一样，光学器件400包括如上文结合图2和图3所阐述的电容器区域和光学发光部分。
附加地，光学器件400包括与光学器件200的硅器件层210类似的硅器件层410，只是光波导402集成有电阻器元件。例如，硅器件层410可以基本上类似于图2的硅器件层210，只是阴极440包括如硅或其他IV族材料等重正掺杂材料。附加地，波导402包括在阴极440与阳极206之间并且与该阴极和该阳极接触的本征掺杂材料(例如，硅或其他IV族)。在这个实施方式中，如上所述，阳极206包括重正掺杂材料。相应地，波导402中的载流子浓度的变化致使高电阻区域基于在高掺杂触点之间通过的电荷流动到波导402而生成热量。因此，电阻器元件被集成到波导402中。
在图4中示出的说明性示例中，电源450电耦合在电极222与电极220之间和电极222与电极234之间。电源450可以是DC电源，该DC电源具有连接到电极220和电极234的负端子以及连接电极222的正端子。电源450可以例如由控制器(例如，实施为图8中描述的计算机系统)控制以在相应电极之间施加电压偏压。即，偏压可以施加在电极222与电极234之间，同时偏压施加在电极222与电极220之间。虽然图4中示出的示例提供单一电源450，但可以使用多个电源来代替电源450。例如，第一电源可以用于跨电极222和电极220施加第一电压偏压，并且第二电源可以用于跨电极222和电极234施加第二电压偏压。这样，可以同时跨相应电极独立地控制电压偏压。
当根据图4中示出的示例(例如，电源450)在电极222与电极220之间施加电压时，负电荷和空穴在界面层218周围累积。例如，如图4中所示出的，负电荷从阴极204朝向波导402迁移，并且空穴(正电荷)从阳极206迁移到波导402。电荷累积和载流子浓度的变化引起波导折射率和传播损耗的变化，如上文所描述的。
当根据图4中示出的示例在电极234与222之间施加电压时，正电荷通过光学器件从而在波导402中生成热量。例如，如图4中所示出的，空穴(例如，正电荷)从高正掺杂阳极206迁移到本征掺杂波导402。波导402中的电荷流动导致电阻区域生成热量。热生成增加了模式的波导有效折射率，如下所示：
其中，热效应由示出为等式3的稳态热方程(泊松方程)来建模。K是导热系数，Q是热源的总电荷(例如，载流子浓度)，并且T是温度。可以针对某个结构对热效应进行数值模拟。一旦获得T的梯度，材料的热光系数(dn/dT)可以被用于计算通过dn限定的折射率的变化。
相应地，有效折射率的变化可以通过在波导402中从集成电阻器元件生成热来增强。例如，温度增加可以与通过对施加到电容器区域的电压施加偏压而引发的折射率的变化一致地引发有效折射率的附加和更快的变化。
在另一示例中，可以颠倒电源450的极性。颠倒电源的极性使负电荷从波导402朝向电极220迁移，并且使空穴从波导402朝向电极222迁移。类似地，颠倒电源的极性使空穴电荷从波导402朝向电极222迁移，从而减少电阻特性并且降低温度。
此外，还基于温度的变化来改变光学相位如下述等式中所描述的：
其中，LH是波导402的热长度，dn/dT是取决于形成波导402的材料的热光系数(例如，指示折射率响应于温度发生的变化)，ΔT是波导402的温度的变化，并且λ0是自由空间波长。因此，对电极234和222施加偏压通过增强由MOSCAP 224引发的变化来改进波导202中的光学模式的相移。
此外，关于可选发光部分，当根据图4中示出的示例(例如，经由电源460)在电极226与电极220之间施加电压时，负电荷和空穴在光学增益材料232中累积，从而作为泵激源发挥作用。例如，如图4中所示出的，电源460(可以是DC电源)的负端子可以连接到电极220，并且正端子连接电极226。相应地，负电荷从阴极204迁移到光学增益材料232，并且空穴(正电荷)从高掺杂半导体层228穿过掺杂半导体层230迁移到光学增益材料232。电荷和空穴的累积提供能量过渡状态以生成产生光学增益的刺激发射，可以从这些刺激发射中发出光。所发出的光传播穿过阴极204进入波导402。波导402中的光的一部分然后可以经由沟槽212与盒层201之间的沟道离开波导402被接入总线波导205。可以根据施加到电极的电压偏压来调制光，如上文所阐述的。
由光学器件400提供的一个非限制性优点是，由于波导402是本征掺杂的，因此光学损耗保持较低，尽管激光结构下面的发热增加，这可能会降低整体壁插效率。
图5图示了根据本文所公开的实施方式的示例光学器件500。图5示出了与图2的光学器件200和/或图3的光学器件300类似的光学器件500，使得图5中的相似附图标记表示与图2相同的元件。因此，与光学器件200和光学器件300一样，光学器件500包括如上文结合图2和图3所阐述的电容器区域和光学发光部分。
附加地，光学器件500包括与光学器件200的硅器件层210类似的硅器件层510，只是类似于波导202的光波导502集成有PIN结二极管元件。例如，硅器件层510可以本征上类似于图2的硅器件层210，只是阴极540包括如硅或其他IV族材料等重负掺杂材料。附加地，光波导502是在阴极540与阳极206之间并且与该阴极和该阳极接触的本征掺杂半导体材料(例如，硅或其他IV族材料)。在这个实施方式中，如上所述，阳极206包括重正掺杂材料。相应地，阴极540、本征掺杂波导502和阳极206的组合作为PIN结二极管发挥作用并且可以将载流子和空穴注入到波导502中。载流子和空穴的注入也可能引发温度的变化(例如，热量增加)。
与上述图4一样，电源550电耦合在电极222与电极220之间和电极222与电极234之间。电源550可以是DC电源，该DC电源具有连接到电极220和电极234的负端子以及连接电极222的正端子。电源550可以例如由控制器(例如，实施为图8中描述的计算机系统)控制以在相应电极之间施加电压偏压。即，偏压可以施加在电极222与电极234之间，同时偏压施加在电极222与电极220之间。虽然图5中示出的示例提供单一电源550，但可以使用多个电源来代替电源550。例如，第一电源可以用于跨电极222和电极220施加第一电压偏压，并且第二电源可以用于跨电极222和电极234施加第二电压偏压。这样，可以同时跨相应电极独立地控制电压偏压。
类似于上述图4的光学器件400，当根据图5中示出的示例在电极222与电极220之间施加电压时，负电荷和空穴在界面层218周围累积。电荷累积和载流子浓度的变化导致波导折射率和传播损耗的变化，如上文所描述的。
当根据图5中示出的示例在电极234与电极222之间电压施加时，正电荷和负电荷在光波导502中累积。例如，如图5中所示出的，负电荷从阴极540迁移到光波导502，并且空穴(正电荷)从阳极206迁移到光波导502。硅器件层510中的载流子浓度和分布的变化导致波导模式折射率和传播损耗的附加变化。例如，折射率变化是波导502中的等离子体色散效应的结果。变化量可以由实验结果确定，如下文针对由硅形成的波导所示出的：
Δn(@λ0＝1310nm)＝-2.98×10-22×ΔN1.016-1.25×10-18×ΔP0.835 等式5
Δn(@λ0＝1550nm)＝-5.4×10-22×ΔN1.011-1.53×10-18×ΔP0.838 等式6
其中，Δn是折射率的变化，ΔN和ΔP分别是自由电子(例如，负电荷)和空穴(例如，正电荷)密度的变化。等式5和等式6图示了空穴累积比电子累积达成更大的折射移位。相应地，一种改进相移效率的方法是通过使用图5的示例增加波导502内部的空穴累积。另一种方法是通过增加波导502内部的总自由载流子密度来改进相移效率；然而，这可能导致光学损耗由于自由载流子吸收而增加。
此外，载流子和空穴在波导502中的累积可以引发温度的增加(例如，生成热量)。如上文结合图4所描述的，热生成可以增强折射率变化和相移效率。
在另一示例中，可以颠倒电源550的极性。颠倒电源的极性使负电荷从波导502朝向电极220迁移，并且使空穴从波导502朝向电极222迁移。类似地，颠倒电源的极性使空穴从波导502朝向电极222迁移，并且使电子从波导502朝向电极234迁移。
附加地，图5的可选发光部分如上文结合图3所描述而发挥作用。例如，当根据图5中示出的示例(例如，经由电源560)在电极226与电极220之间施加电压时，负电荷和空穴在光学增益材料232中累积，从而作为泵激源发挥作用，光可以从该泵激源发出并且传播到波导502中。
图6图示了根据本文所公开的实施方式的示例光学器件600。图6示出了与图2的光学器件200和/或图3的光学器件300类似的光学器件600，使得图6中的附图标记表示与图2相同的元件。因此，与光学器件200和光学器件300一样，光学器件600包括如上文结合图2和图3所阐述的电容器区域和光学发光部分。
附加地，光学器件600包括与光学器件200的硅器件层210类似的硅器件层610，只是类似于波导202的光波导602集成有PN结二极管元件。例如，硅器件层610可以类似于图5的硅器件层510，例如，阴极640是重负掺杂材料并且阳极206是重正掺杂材料。然而，在图6的示例中，波导602包括包含正掺杂材料(例如，如硅或其他IV族材料)的第一区域605以及包含负掺杂材料(例如，如硅或其他IV族材料)的第二区域615。又进一步地，第三区域620设置在阳极206与包含轻掺杂材料的波导602之间。相应地，波导602类似于集成有PN结二极管的波导202，该PN结二极管可以改变波导602中的载流子浓度。变化载流子浓度也可能引发温度的变化(例如，热量增加)。
类似于先前示例，电源650电耦合在电极222与电极220之间以及电极222与电极234之间。电源650可以是DC电源，该DC电源具有连接到电极220和电极234的负端子以及连接电极222的正端子。电源650可以例如由控制器(例如，实施为图8中描述的计算机系统)控制以在相应电极之间施加电压偏压。即，偏压可以施加在电极222与电极234之间，同时偏压施加在电极222与电极220之间。虽然图6中示出的示例提供单一电源650，但可以使用多个电源来代替电源650。例如，第一电源可以用于跨电极222和电极220施加第一电压偏压，并且第二电源可以用于跨电极222和电极234施加第二电压偏压。这样，可以同时跨相应电极独立地控制电压偏压。
类似于先前示例，当根据图6中示出的示例在电极222与电极220之间施加电压时，负电荷和空穴在界面层218周围累积。电荷累积和载流子浓度的变化导致波导折射率和传播损耗的变化，如上文所描述的。
当根据图6中示出的示例在电极234与电极222之间施加电压时，正电荷和负电荷分布在光波导602中改变。例如，如图6中所示出的，来自第二区域615的负电荷外迁到阴极340，并且空穴(正电荷)从第一区域605迁移到阳极206。波导602中的载流子浓度和分布的变化导致波导模式折射率和传播损耗的附加变化。例如，折射率变化是波导602中的等离子体色散效应的结果。变化量可以由等式5和6的实验结果确定，如上文所示出的。
如等式5和6中所示出的，空穴提供了比电子大的折射移位。因此，一种改进相移效率的方式是通过使用偏移图6的PN结设计而在波导602内部包括更多空穴。第二种方式是增加光波导602内部的总自由载流子密度，同时权衡由于自由载流子吸收而发生的光学损耗。一种解决光学损耗的方法是利用不同的结形状。例如，L形和U形PN结可以改进载流子变化区域与光学模式之间的重叠以便改进相移效率。
在另一示例中，可以颠倒电源650的极性。颠倒电源的极性使负电荷从波导602朝向电极220迁移，并且使空穴从波导602朝向电极222迁移。类似地，颠倒电源的极性使空穴从电极222朝向第一区域605迁移，并且使电子从电极234朝向第二区域615迁移。
附加地，图6的可选发光区域如上文结合图3所描述而发挥作用。例如，当根据图6中示出的示例(例如，经由电源660)在电极226与电极220之间施加电压时，负电荷和空穴在光学增益材料232中累积，从而作为泵激源发挥作用，光可以从该泵激源发出并且传播到波导502中。
虽然图4至图6图示了包括发光部分的光学器件，但本公开不如此受限制。例如，上文描述的光学器件不需要包括发光部分并且可以从外部源接收光，例如，类似于上文描述的光调制器100。附加地，虽然各种材料被描述为负掺杂的或正掺杂的，但本文的实施方式不限于此，并且可以切换极性掺杂。例如，虽然以上示例将阴极204描述为负掺杂的并且将阳极206、层230和层228描述为正掺杂的，但可以切换每个层的极性，使得阴极204是正掺杂的并且阳极206、层230和层228可以是负掺杂的。类似地，在切换掺杂极性的情况下，还切换第二阴极(例如，阴极440、540和640)和光波导(例如，光波导402、502和602)的掺杂的极性。
图7是根据本文所公开的实施方式的示例光学器件的示意图。图7图示了包括混合MOS电容器720、半导体器件730、以及可选发光部分710的光学器件700。
混合MOS电容器720可以被配置成例如，基于对施加到混合MOS电容器720的电压施加偏压来分别引发有效折射率的变化和光学相位的变化，从而引起光学强度调制和衰减。例如，可以将混合MOS电容器720实施为阳极206、阴极204以及与波导202接触的界面层218，如上文结合图2至图6所描述的。
半导体器件730可以被配置成例如，基于对施加到半导体器件730的电压施加偏压来引发附加的有效折射率的变化和/或光学相位的变化，从而增强由电容器720引发的调制和衰减。在一个示例中，半导体器件730可以被实施为电阻器元件，例如，由连接到阳极206和硅器件层410的波导402体现，如上文结合图4所描述的。在另一示例中，半导体器件730可以被实施为PIN结二极管元件，例如，由连接在阳极206与硅器件层510之间的波导502体现，如上文结合图5所描述的。在另一示例中，半导体器件730可以被实施为PN结二极管元件，例如，由阳极206与阴极640之间的波导602体现，如上文结合图6所描述的。
发光部分710可以被配置成基于对施加到发光部分710的电压施加偏压来引起光学增益材料中的电状态，从而发出光，例如，激光。例如，发光部分710可以被实施为高掺杂半导体层228、掺杂半导体层230、光学增益材料232、以及阴极204、如上文结合图2至图6所描述的。
除了增强MOSCAP环形谐振器的调制和相移之外，本文的示例还可以实现更宽的范围和调谐能力的更复杂的功能性。例如，采用通过单独的电触点进行的相移和调制(例如，在电极220与电极222之间施加电压偏压，同时在电极234与电极222之间施加偏压)，本文的实施方式可以不仅获得利用两个同步NRZ电信号以较大光学调制振幅(OMA)进行的不归零(NRZ)调制，而且获得利用两个单独NRZ电信号进行的脉冲振幅调制(例如，PAM4)。例如，独立地对施加到每一对电极触点的电压施加偏压允许单独调制。作为说明性示例，MOSCAP720和半导体器件730可以被独立地施加偏压以便引发对相移性质的变化调制。此外，发光部分710的偏压可以准许输出光的振幅的调制连同相移的调制。作为说明性示例，通过对跨发光部分710的电极226和电极220电压施加偏压以引发对光的振幅调制(例如，使光强度变化)，同时还对MOSCAP 720和半导体器件730施加偏压以引发相移调制。相应地，PAM4调制可以通过结合图2至图6描述的示例实现。
图8描绘了可以在其中实施本文描述的各种实施例的示例计算机系统800的框图。计算机系统800包括总线802或用于传送信息的其他通信机制、与总线802耦接以处理信息的一个或多个硬件处理器804。(多个)硬件处理器804可以是例如一个或多个通用微处理器。如上文所描述的，可以实施计算机系统800以控制上文描述的电源(例如，一个或多个电源450、460、550、560、650和660)。
计算机系统800还包括耦接到总线802以用于存储要由处理器804执行的信息和指令的主存储器806，比如随机存取存储器(RAM)、缓存和/或其他动态存储设备。主存储器806还可以用于存储在执行要由处理器804执行的指令期间的临时变量或其他中间信息。这种指令当存储在处理器804可访问的存储介质中时使计算机系统800成为被自定义为执行指令中指定的操作的专用机器。
计算机系统800进一步包括只读存储器(ROM)808或耦接到总线802以用于存储处理器804的静态信息和指令的其他静态存储设备。如磁盘、光盘或USB拇指驱动器(闪速存储器驱动器)等存储设备810被提供并耦接到总线802，以用于存储信息和指令。
计算机系统800可以经由总线802耦接到如液晶显示器(LCD)(或触摸屏)等显示器812上，以用于向计算机用户显示信息。包括字母数字键和其他键的输入设备814耦接到总线802，以用于将信息和命令选择传送到处理器804。另一种类型的用户输入设备是如鼠标、轨迹球或光标方向键等光标控制件816，以用于将方向信息和命令选择传送到处理器804并用于控制在显示器812上的光标移动。在一些实施例中，与光标控制件相同的方向信息和命令选择可以通过在没有光标的情况下接收触摸屏上的触摸来实施。
计算系统800可以包括用于实施GUI的用户界面模块，该GUI可以作为由(多个)计算设备执行的可执行软件代码被存储在大容量存储设备中。通过举例的方式，这个模块和其他模块可以包括部件(比如软件部件、面向对象的软件部件、类部件和任务部件)、进程、函数、属性、过程、子例程、程序代码段、驱动程序、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表格、数组和变量。
通常，如本文所使用的词语“部件”、“引擎”、“系统”、“数据库”、“数据存储”等可以是指在硬件或固件中实施的逻辑，或者是指以例如Java、C或C++等编程语言编写的、可能具有入口点和出口点的软件指令集。软件部件可以被编译并链接到可执行程序，被安装在动态链接库中，或者可以用例如BASIC、Perl、或Python等解释性编程语言编写。应当理解的是，软件部件可从其他部件或从其本身调用，和/或可以响应于检测到的事件或中断而被调用。被配置用于在计算设备上执行的软件部件可以被提供在计算机可读介质中，如致密盘、数字视频盘、闪速存储器驱动器、磁盘、或任何其他有形介质，或者可以被提供作为数字下载(并且可以原始地以在执行之前需要安装、解压缩或解密的压缩格式或可安装格式来存储)。这样的软件代码可以部分或全部地存储在执行计算设备的存储器设备上，以用于由计算设备执行。软件指令可以嵌入在如EPROM等固件中。将进一步理解的是，硬件部件可以包括如门和触发器等连接逻辑单元，和/或可以包括如可编程门阵列或处理器等可编程单元。
计算机系统800可以使用定制的硬接线逻辑、一个或多个ASIC或FPGA、固件和/或程序逻辑来实施本文所描述的技术，该定制的硬接线逻辑、一个或多个ASIC或FPGA、固件和/或程序逻辑与计算机系统相结合使计算机系统800成为专用机器或者将其编程为专用机器。根据一个实施例，本文的技术由计算机系统800响应于(多个)处理器804执行主存储器806中包含的一个或多个指令的一个或多个序列而执行。这种指令可以从另一存储介质(如存储设备810)读取到主存储器806中。主存储器806中包含的指令序列的执行使(多个)处理器804执行本文所描述的过程步骤。在替代实施例中，可以使用硬接线电路来代替软件指令或者与软件指令相结合。
如本文所使用的术语“非暂态介质(non-transitory media)”及类似术语是指存储使机器以特定方式操作的数据和/或指令的任何介质。这种非暂态介质可以包括非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，如存储设备810。易失性介质包括动态存储器，例如主存储器806。非暂态介质的常见形式例如包括软盘、软磁盘、硬盘、固态驱动器、磁带或者任何其他磁性数据存储介质、CD-ROM、任何其他光学数据存储介质、具有孔图案的任何物理介质、RAM、PROM和EPROM、闪速EPROM、NVRAM、任何其他存储器芯片或者盒、以及这些介质的联网版本。
非暂态介质不同于传输介质但可以与传输介质结合使用。传输介质参与非暂态介质之间的信息传递。例如，传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含总线802的导线。传输介质还可以采用声波或光波的形式，如在无线电波和红外数据通信期间生成的声波或光波。
计算机系统800还包括耦接到总线802的通信接口818。通信接口818提供耦接到一个或多个网络链路的双向数据通信，该一个或多个网络链路连接到一个或多个本地网络。例如，通信接口818可以是综合业务数字网(ISDN)卡、电缆调制解调器、卫星调制解调器或调制解调器，以向对应类型的电话线提供数据通信连接。作为另一个示例，网络接口818可以是用于提供与兼容LAN(或用于与WAN进行通信的WAN部件)的数据通信连接的局域网(LAN)卡。还可以实施无线链路。在任何这种实施方式中，通信接口818发送和接收携带表示各种类型信息的数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。通信接口818可以通信地被耦接到一个或多个电源(例如，图4至图6的一个或多个电源450、460、550、560、650、以及660)。
网络链路通常通过一个或多个网络向其他数据设备提供数据通信。例如，网络链路可以提供通过本地网络到主计算机或到由因特网服务提供商(ISP)操作的数据设备的连接。ISP进而通过现在通常称为“因特网”的全球分组数据通信网络来提供数据通信服务。本地网络和因特网两者都使用携带数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。通过各种网络的信号以及网络链路上和通过通信接口818的信号(其将数字数据携带到计算机系统800和从该计算机系统携带数字数据)是传输介质的示例形式。
计算机系统800可以通过(多个)网络、网络链路和通信接口818发送消息和接收数据，包括程序代码。在因特网示例中，服务器可以通过因特网、ISP、本地网络和通信接口818来传输应用程序的请求代码。
所接收的代码可以在被接收到时由处理器804执行和/或存储在存储设备810、或其他非易失性存储器中以供稍后执行。相应地，计算机系统800可以被配置成通过在(多个)通信接口818上根据存储在主存储器806和/或ROM 808中的指令向一个或多个电源发送指令来控制施加在接触电极之间的电压偏压。
在前面章节中所描述的每个过程、方法、和算法均可以在由包括计算机硬件的一个或多个计算机系统或计算机处理器所执行的代码部件中实施并由这些代码部件全部或部分地进行自动化。该一个或多个计算机系统或计算机处理器还可以操作以支持“云计算”环境中相关操作的进行、或者操作作为“软件即服务”(SaaS)。这些过程和算法可以在专用电路中部分地或全部地实施。上文所描述的各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式进行组合。不同的组合和子组合旨在落入本公开的范围内，并且在一些实施方式中可以省略某些方法框或过程框。本文描述的方法和过程也不限于任何特定的顺序，并且与这些方法和过程相关的框或状态可以以适当的其他顺序进行、或者可以并行进行、或者以某种其他方式进行。可以向所公开的示例实施例中添加框或状态或从中移除框或状态。可以将某些操作或过程的进行分发到多个计算机系统或计算机处理器之中，使其不是仅驻留在单一机器内，而是跨多个机器部署。
如本文所使用的，电路可以利用任何形式的硬件、软件或其组合来实施。例如，可以实施一个或多个处理器、控制器、ASIC、PLA、PAL、CPLD、FPGA、逻辑部件、软件例程或其他机制以构成电路。在实施方式中，本文描述的各种电路可以被实施为分立电路，或者所描述的功能和特征可以在一个或多个电路之中部分地或全部地共享。即使可以分别地描述或主张各种特征或功能元件作为单独的电路，这些特征和功能也可以在一个或多个公共电路之间共享，并且这种描述不应要求或暗示需要单独的电路来实施这样的特征或功能。在使用软件来全部或部分地实施电路的情况下，这样的软件可以被实施以与能够执行关于该软件所描述的功能的计算系统或处理系统(如计算机系统800)一起操作。
如本文所使用的，术语“或”可以以包括性或者排他性的意义来解释。此外，不应将对单数形式的资源、操作或结构的描述理解为排除复数。除非另有明确陈述，或者在如所使用的上下文内另有理解，否则条件语言(除其他外，比如“可以(can)”、“可能(could)”、“也许(might)”或“会(may)”一般地旨在传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、要素和/或步骤。
除非另外明确说明，否则本文档中使用的术语和短语及其变体应被解释为开放式的而不是限制性的。形容词(如“传统(conventional)”、“惯常(traditional)”、“正常(normal)”、“标准(standard)”、“已知(known)”和类似含义的术语)不应被解释为将所描述的项限制为给定时间段或在给定时间可用的项，而是应该被理解为包含可能现在或将来的任何时候都可用或已知的传统、惯常、正常或标准技术。在一些情况下，宽泛词语和短语(比如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或其他相似的短语)的存在不应被理解为意指在此类宽泛短语可能不存在的情况下意图或要求更窄的情况。

Claims (20)

1.一种光学器件，包括：
衬底；
异质金属氧化物半导体MOS电容器，所述MOS电容器形成于所述衬底上，所述MOS电容器包括：
光波导；
第一阴极，所述第一阴极包括第一材料并且形成于所述光波导中；
阳极，所述阳极形成于所述光波导中，所述阳极包括与所述第一材料不同的第二材料；以及
电介质，所述电介质设置在所述第一阴极与所述阳极之间，所述电介质包括所述第一材料的氧化物和所述第二材料的氧化物，其中，所述异质MOS电容器被限定在所述阳极与所述第一阴极之间；以及
半导体器件层，所述半导体器件层设置在所述衬底与所述异质MOS电容器之间并且形成于所述光波导中。
2.如权利要求1所述的光学器件，进一步包括发光二极管，所述发光二极管与所述衬底相反地设置在所述异质MOS电容器上。
3.如权利要求2所述的光学器件，其中，所述发光二极管包括与所述电介质相反地形成于所述第一阴极上的光学增益材料。
4.如权利要求1所述的光学器件，其中，所述光学器件包括微环形状。
5.如权利要求1所述的光学器件，其中，所述半导体器件层和所述阳极限定形成于所述光波导中的电阻器元件。
6.如权利要求5所述的光学器件，其中，所述半导体器件层包括第二阴极，所述第二阴极包括第三材料并且形成于所述光波导中，其中，所述阳极和所述第二阴极各自包括相同极性的掺杂剂，并且其中，所述光波导是本征掺杂的。
7.如权利要求1所述的光学器件，其中，所述光波导包括第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域限定形成于所述光波导中的p-n结二极管。
8.如权利要求7所述的光学器件，其中，所述半导体器件层包括第二阴极，所述第二阴极包括第三材料并且形成于所述光波导中，其中，所述阳极和所述第二阴极各自包括相反极性的掺杂剂，并且其中，所述第一区域包括与所述阳极相同极性的掺杂剂并且所述第二区域包括与所述第二阴极相同极性的掺杂剂。
9.如权利要求1所述的光学器件，其中，所述半导体器件层包括与所述阳极电性相反的第三材料，其中，所述半导体器件层、光波导、以及所述阳极限定PIN结二极管。
10.如权利要求9所述的光学器件，其中，所述半导体器件层包括第二阴极，所述第二阴极包括第三材料并且形成于所述光波导中，其中，所述阳极和所述第二阴极各自包括相反极性的掺杂剂，并且其中，所述光波导是本征掺杂的。
11.如权利要求1所述的光学器件，其中，所述第一材料包括III-V族材料。
12.如权利要求1所述的光学器件，其中，所述第二材料包括IV族材料。
13.如权利要求1所述的光学器件，其中，所述半导体器件层包括IV族材料。
14.一种混合金属氧化物半导体MOS微环光学器件，包括：
光波导；
第一半导体材料层，所述第一半导体材料层包括III-V族材料，所述第一半导体材料层形成于所述光波导中；
第二半导体材料层，所述第二半导体材料层包括IV族材料，所述第二半导体材料层形成于所述光波导中；
界面氧化物层，所述界面氧化物层形成在所述第一半导体材料与所述第二半导体材料之间，其中，基于施加到所述第一半导体材料层和第二半导体材料层的偏压而在所述界面氧化物层处发生载流子浓度变化，其中，所述载流子浓度变化引发所述光波导的光学模式的相移；以及
第三半导体材料层，所述第三半导体材料层包括IV族材料并且形成于所述光波导中，其中，所述第三半导体材料被配置成增强所引发的相移。
15.如权利要求14所述的系统，进一步包括光学增益材料，所述光学增益材料与所述界面氧化物层相反地设置在所述第一半导体材料层上，其中，所述光学增益材料被配置成基于施加到所述光学增益材料和所述第一半导体材料层的偏压而生成光。
16.如权利要求15所述的系统，进一步包括多个电极，所述多个电极包括：电耦合到所述第一半导体材料层的第一电极、电耦合到所述第二半导体材料层的第二电极、电耦合到所述第三半导体层的第三电极、以及电耦合到所述光学增益材料的第四电极，其中，所述多个电极被配置成基于对所述多个电极施加偏压而提供脉冲幅度调制(PAM4调制)。
17.如权利要求14所述的系统，其中，所述第三半导体材料层被配置成将半导体器件与所述光波导集成在一起。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述半导体器件是电阻器元件、p-n结二极管元件、以及PIN结二极管元件中的一种。
19.如权利要求14所述的系统，其中，所述第一半导体材料层是环形形状的，所述第二半导体材料层是圆形形状的，并且所述第三半导体材料是环形形状的。
20.一种微环激光器，包括：
混合金属氧化物半导体MOS电容器，所述混合MOS电容器形成于衬底上，所述混合MOS电容器包括：
光波导；
第一阴极，所述第一阴极包括III-V族材料并且形成于所述光波导中；
阳极，所述阳极形成于所述光波导中，所述阳极包括IV族材料；以及
电介质，所述电介质设置在所述第一阴极与所述阳极之间，所述电介质包括所述III-V族材料的氧化物和V族的氧化物，其中，所述混合MOS电容器被限定在所述阳极与所述第一阴极之间；
第二阴极，所述第二阴极包括IV族材料，其设置在所述衬底与所述第一阴极之间且位于所述光波导的与所述阳极相反的一侧，所述第二阴极形成于所述光波导中并且被配置成将电阻器元件、p-n结二极管元件、以及PIN结二极管元件中的一者集成到所述光波导中；以及
发光部分，所述发光部分包括光学增益材料，所述发光部分与所述衬底相反地设置在所述第一阴极上。
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