TWI454764B - 光電元件 - Google Patents

Description

光電元件

本發明涉及光電元件的改進，更具體地涉及光波導型光電元件。

利用光電效應而作為光學元件之光電元件為習知。光電元件用於光強度調制器、Q-開關元件、光束掃描器等，因為光電元件具有非常快速回應電場變化的特性。

通常，光電效應為當電場施加至光通過的物體時，其折射係數改變之物理現象。此外，折射係數變化與電場強度成正比的效應稱為波克斯效應(Pockels effect)。折射係數的變化量由下面方程式(1)表示。

Δnr_ij ×V/d　(1)

其中r_ij 是光電常數(普克爾斯常數)，V是施加的電壓，以及d是施加電壓的電極之間的間隔。

由光電效應引起的折射係數的變化量相對較小，例如，如果使用典型光電材料鈮酸鋰，為了給出大約△n=0.001的折射係數的變化，需要將大約6kV/mm的大電場施加至光電晶體(EO晶體)。在實用上，要求光電元件能用低電壓運作並具有良好的寬頻帶回應特性。有效地是，將電極之間的間隔d設置為低值，如從方程式(1)中可明顯看出，以使用低電壓得到折射係數的較大變化。

另一方面，作為以光電材料形成光波導的典型實例，已知通過雜質擴散形成光波導的技術，該技術中在鈮酸鋰等光電材料中局部地擴散鈦(titan)，且僅鈦(titan)擴散區域的折射係數提高，從而形成光波導。在光波導結構中，在鄰近由光電晶體表面上雜質擴散形成的光波導區域設置電極。

作為以光電材料形成光波導的另一實例，形成光波導的技術為已知，在該技術中，通過拋光等使光電晶體變薄，並且電極層設置在作為核心層的基板的上表面和下表面，由薄的光電晶體形成，從而形成光波導。在這種情況下，施加電場的方向垂直於光電晶體的基板的上表面和下表面。在光電元件內形成光波導的技術中，因為可形成光波導結構並保持光電效應的特性，其為光電晶體的固有特性，可提供有效於低電壓運作的光電元件。

在如此之薄膜型光電元件中，於限制光於薄膜之光電晶體基板內作為波導的核心層時，為了傳播波導光，有必要設置透明材料作為包層，該包層的折射係數小於在薄基板和每個電極之間的核心層的折射係數。作為形成包層的典型包層材料，使用電介質材料如SiO₂ 。

如果將電壓施加至由核心層和包層形成的光波導，由下面方程式(2)得到施加至核心層的電壓。

其中V是施加至光波導的電壓，V_co 是施加至核心層的電壓，d_co 是核心層的厚度，d_cl 是每個包層的厚度，ε_co 是核心層的介電容率，以及ε_cl 是每個包層的介電容率。

自方程式(2)明顯看出，當設置包層時，因為方程式(2)的右手邊的分母大於1，電壓施加至光電晶體基板本身，即施加至核心層的電壓V_co 變為低值。

例如，在光波導型光電元件中，其中核心層由鈮酸鋰製成的薄膜形成，每個包層由SiO₂ 製成，如果核心層厚度為10微米，每個包層厚度為1微米，施加至光電晶體本身(光電材料的鈮酸鋰)的電壓僅為施加至整個光電元件的電壓的0.4倍。因此光電元件本身具有高運作電壓。

因此，為了將高電壓施加至光電材料，有必要減小每個包層的厚度。例如，如果每個包層變薄至大約0.2微米，施加至光電材料的電壓約為施加至光電元件的電壓的0.8倍。如果考慮減小運作電壓，這是切實可行的。這樣，在傳統的光波導型光電元件中，如果可能，用低電壓驅動薄的包層是有效的(參考，見日本專利申請公告第2009-080378號，以下稱為專利文獻1)。

在專利文獻1中，公開了一結構，其中光電元件包括核心層，由強電介質材料製成並具有矽基板、和包層，該包層包含由每個具有高介電容率的薄膜組成以抑制包層內的電壓降，以及其製造包層的方法。

在專利文獻1公開的技術中，因為每個包層具有薄的厚度，當高電場施加至光電元件時，存在包層內發生絕緣擊穿的問題。換句話說，當通過將高強度電場的電壓施加至光電元件而運作光電元件時，存在絕緣擊穿發生的問題。如果將電壓施加至光電元件，施加至包層的電場強度由下面方程式(3)表示。

E_cl =ε_co /ε_cl ‧E_co 　(3)

其中E_cl 為施加至每個包層的電場強度，以及E_co 為施加至核心層的電場強度。

在光電元件中，如果核心層由鈮酸鋰製成的薄膜形成，鈮酸鋰為光電材料的一種，並且每個包層由SiO₂ 製成，例如，ε_co /ε_cl 大約為7，將高於光電元件的電場7倍的電場施加至包層。作為一實例，在光電元件中，核心層由10微米厚鈮酸鋰製成的薄膜形成，且將100V的電壓施加至光電元件，施加至核心層的電場強度為10kV/mm，並將高電場，70 kV/mm施加至包層。

因為在常規矽玻璃中絕緣擊穿的電壓大約為40 kV/mm，在包層內發生絕緣擊穿的可能性較高。如果在包層內發生絕緣擊穿，則光電元件受以下所述的不利影響。

首先，可認為的是，絕緣擊穿並沒有在包層的整個區域內同時發生，僅在包層的部分區域局部地發生，其因為當形成薄膜時每個包層的薄膜的厚度分佈、薄膜的表面粗糙度、薄膜和核心層之間的黏附等原因。

在絕緣擊穿發生的位置，因為每個包層作為導體基本絕緣的功能，如果在包層內發生小絕緣擊穿，可視作如同在絕緣擊穿之處執行在電極上設置一個或更多個小凸起的操作。

已知電場集中在小凸起上。因此，在由光電材料製成的核心層內可能發生絕緣擊穿。即使在核心層內不發生絕緣擊穿，在包層內形成導電區域，因而自電極的電荷可能通過導電區域注入核心層。

甚至在光電材料的核心層內局部地發生絕緣擊穿且電荷通過包層注入核心層的情況下，電荷不平均地注入光電材料的核心層內。當發生電荷注入時，核心層內形成的電場由於電荷注入而破壞。因此，當運作光電元件時，通過局部電荷注入在核心層內形成非均勻電場強度。

當運作光電元件時，重要的是，電場在核心層內均勻地形成。尤其，如果光波導內的電場是非均勻的，由電場引起的折射係數的變化量於光波導的每個區域為不同。因此，光波導內傳播的光束的形狀明顯變形。

尤其，在條形光波導的情況下，光波導沒有橫向限定電荷的結構，由非均勻電場造成的光束形狀的變形明顯顯現。如果使用光電元件作為調制器，光束形狀的變形導致消光比的降低，以及如果使用光電元件作為掃描器，發射光束的形狀的惡化及圖像分解數減小可通過光束掃描器解決。

如此，傳統包層存在使通過光波導的光束的光束形狀變形，且因而降低了光電元件的性能的問題。

本發明的目的在於提供一種光電元件，具有抑制電荷注入光電元件內核心層的光電材料的能力並防止光電元件內傳導的光束的光束形狀變形。

為了達到上述目的，根據本發明實施例的一種光電元件包括一核心層，由一光電材料製成；一包層結構，設置在該核心層的每個相對面上並連同該核心層配置形成一光波導；以及一對電極層，其中一個電極層設置在該包層結構的一面上，且另一個電極層設置在該包層結構的另一面上。

該包層結構包括一第一包層和一第二包層。該第二包層具有一介電容率大於該第一包層的介電容率，以及該第二包層具有一厚度厚於該第一包層的厚度。

參考所附圖式，以下將詳細說明本發明的優選實施例。

第一實施例

第1圖說明根據本發明第一實施例的光電元件。

如第1圖所示的光電元件1包括光波導2。光波導2包括核心層4，由光電晶體製成作為光電材料。包層結構佈置在核心層4的每個相對面上。佈置在核心層4的一面上的一個包層結構包括第一包層5a設置在一面上，例如，核心層4的下表面4a、以及第二包層6a，設置在第一包層5a的下表面上。另一方面，佈置在核心層4的另一面上的另一個包層結構包括第一包層5b設置在另一面上，即核心層4的上表面4b、以及第二包層6b，設置在第一包層5b的上表面上。

光波導2是由構成光電元件1之核的核心層4、分別設置在核心層4的兩面上的第一包層5a和5b、以及分別設置在第一包層5a和5b上的第二包層6a和6b所形成。在核心層4上設置第一包層5a和5b之後，在第一包層5a和5b上設置第二包層6a和6b。

設置一對第一電極層7a和7b。更為具體地，例如，在第二包層6a的下表面上設置第一電極層(下電極層)7a，以及在第二包層6b的上表面上設置第一電極層(上電極層)7b。因此，核心層4通過第一包層5a、5b和第二包層6a、6b佈置在一對相對的第一電極層7a和7b之間。

在核心層4的相對面上分別依序設置第一包層5a和5b、第二包層6a和6b、以及第一電極層7a和7b。

可通過任何方法，如印刷、氣相沉積等，執行第一包層5a和5b、第二包層6a和6b、以及第一電極層7a和7b的設置。

在上述結構的光電元件中，當電壓V施加至第一電極層7a和7b時，核心層4的折射係數改變。

核心層4為，例如，幾百奈米至幾十微米厚。第一和第二包層5a(5b)和第二包層6a(6b)在核心層4的表面上依序設置的原因係藉有效地使光接近核心層4來傳送導光。

第一包層5a、5b和第二包層6a、6b為相互分別具有不同介電容率的電介質體。例如，第二包層6a(6b)的介電容率大於第一包層5a(5b)的介電容率。此外，至少每個第一包層5a(5b)設定為具有折射係數低於核心層4的折射係數。且，每個第二包層6a(6b)設定為具有厚度厚於每個第一包層5a(5b)的厚度。

使用非線性光學晶體如鈮酸鋰(LiNbO₃ )、鉭酸鋰(LiTaO₃ )、磷酸氧鈦鉀(KTP/KTiOPO₄ )、鈮酸鍶鋇(SBN/strontium barium niobate)、和鈮酸鉀鉭(KTN/potassium tantalite niobate)作為製作核心層4之光電材料為優選的。

在將所述光學晶體黏附至支撐基板(未顯示)上之後，當研磨所述晶體時，其可獲得薄的光電元件，同時維持光學晶體的特性。另一方面，對於製作包層5a、5b和6a、6b的材料，可使用電介質材料如二氧化矽(SiO₂ )、氧化鉭(Ta₂ O₅ )、氧化鈦(TiO₂ )、氮化矽(Si₃ N₄ )、氧化鋁(Al₂ O₃ )、氧化鉿(HfO₂ )等，或電介質材料和玻璃的混合材料。使用金屬材料如Au、Pt、Ti、Al、Ni、Cr等，或透明材料如ITO(氧化銦錫)等為優選的。

這裡，參考將電壓施加至光波導的情況，其中在由作為一般光波導結構之光電晶體所製成的核心層上設置一包層。

第5圖說明一般光波導結構的實例。在第5圖中，參考標號10顯示光電元件。光電元件10包括光波導12。光波導12具有由作為光電材料的光電晶體所製成的核心層14。包層15a係設置在核心層4的下表面14a上，而電極層17a係設置在包層15a的下表面上。包層15b係設置在核心層4的上表面14b上，而電極層17b係設置在包層15b的上表面上。

為了有效地限制導光於光波導12內，優選的使用折射係數盡可能小的材料作為製作包層15a的材料。然而，製作包層15a的材料通常具有較小的介電容率。因為光電晶體通常具有較大的介電容率，核心層14的介電容率ε_co 與包層15a的介電容率ε_cl 的比率ε_co /ε_cl 成為較大的值。

因此，當電壓施加至光電元件10時，為了抑制包層15a的電壓降並使施加至核心層14的電壓V_co 接近施加至光波導12的電壓V，可將包層15a的厚度d_cl 與核心層14的厚度d_co 的比率d_cl /d_co 設定為較小，如自上述方程式(2)可清楚看出。換句話說，其需要包層15a的厚度薄於核心層14的厚度。

在光波導型光電元件10中，其中，例如，核心層14由鈮酸鋰製成的薄膜形成而包層15a由SiO₂ 製成的情況下，如果包層15a厚度薄至0.2微米，施加至由鈮酸鋰製成的薄膜形成的核心層14的電壓V_co 將抑制到施加至光電元件10的電壓V的0.8倍的程度的值。

然而，當包層15a和15b非常薄時，電壓V的施加可能將自電極層17a和17b的電荷，通過包層15a和15b注入至光電晶體或核心層14內。如果電荷注入至光電晶體內，存在的問題是在光電晶體內形成的電場中發生混亂分佈，並且在光波導12內傳導的光束形狀發生變形。因此，當將電壓施加至光電元件10時，需要抑制電荷注入至光電晶體。

為了滿足此要求，根據本發明第一實施例具有一結構，配置以包括第一包層5a和5b以及第二包層6a和6b，使用具有高介電容率的材料用於第二包層6a和6b，並且將第二包層6a和6b佈置在具有低折射係數的第一包層5a和5b的外面。因為第二包層6a和6b具有高介電容率，即使其厚度d_cl 變厚，第二包層6a和6b內的電壓降較小。此外，因為第二包層具有厚的厚度，在將電壓施加至光電元件時，可抑制自第一電極層7a和7b的電荷注入核心層14。

在光波導型光電元件1中，其中，例如，核心層4由鈮酸鋰製成的薄膜形成且第二包層6a和6b由Ta₂ O₅ 製成的情況下，因為鈮酸鋰和Ta₂ O₅ 具有相似的介電容率，即使由Ta₂ O₅ 製成的每個第二包層6a和6b的厚度d_cl 變厚約1微米，可將施加至由鈮酸鋰製成的核心層的電壓V_co 抑制到施加至光電元件1的電壓V的0.8倍的程度。

此外，因為第二包層6a和6b的每一個具有厚的薄膜厚度d_cl ，第二包層可阻止自第一電極層7a和7b的電荷，因而，當將高電壓施加至光電元件1時，其可能抑制電荷注入核心層4。

在包括由鈮酸鋰製成的核心層4和由Ta₂ O₅ 製成的第二包層6a和6b的光電元件1之中，當電壓V=100V施加至光電元件1時，在光電元件1內流動的電流密度為2nA/mm² 或更小，該由鈮酸鋰製成的核心層4具有大約10微米的厚度，該由Ta₂ O₅ 製成的第二包層6a和6b具有1微米的厚度。

可證明的是，光電元件1具有光電元件1'的1/10或更小的電流密度，該光電元件1'具有由SiO₂ 製成的包層5a'，具有大約0.2微米厚度。可證實的是，根據本發明的光電元件具有電荷注入抑制的有利效果。在這種情況下，可減小由具有低折射係數材料製成的每個第一包層5a和5b的厚度d_cl 。每個第一包層5a和5b需求的厚度d_cl 取決於構成光電元件1的光波導2內核心層4的折射係數和厚度。

例如，當假設核心層4由鈮酸鋰製成，第一包層5a和5b由SiO₂ 製成，且核心層4的厚度為10微米，光波導2變為多模態光波導，但是因為核心層4的折射係數與第一包層5a和5b的每一個的折射係數之間差異非常大，約為0.7或更大，如果第一包層5a和5b形成具有0.2微米厚度，可能近乎限制了在光電晶體內的整個光功率。

此外，為了抑制高階模式的傳播，進一步使第一包層5a和5b的厚度變薄為有效的。光波導2傳播的光明顯出現在第一包層5a和5b上，通常在高階的情況下。在具有非常薄的厚度的第一包層5a和5b外面出現的傳播光到達至每個第二包層6a和6b的內面部分。

這裡，因為每個第二包層6a和6b具有折射係數大於每個第一包層5a和5b的折射係數，到達第二包層6a和6b的光分量在光波導2內傳播，剩餘的部分保留在第二包層6a和6b內。因為第一電極層7a和7b直接與第二包層6a和6b接觸，光分量被吸收在第一電極層7a和7b內或在光波導2內消散，同時反復反射並損耗。

藉由利用所述有利效果，可抑制光波導2內高階模式光的傳播。在大量的光波導型光電元件1中，如果傳播模式不同，因為折射係數的變化量不同，在光波導2為多模光波導的情況下，抑制高階模式光的傳播為優選的。也就是說，如果使每個第一包層5a和5b的厚度小於光電元件1內傳播的光的波長，其存在可抑制高階模式光的傳播的有利效果。

此外，一般而言，在如第5圖所示的光電波導結構中，每個包層15a和15b的折射係數小於核心層14的折射係數。相反，在第一實施例中，可選擇如第1圖所示的第一包層6a和6b的材料，而不依賴於核心層4材料的折射係數。例如，可考慮關於選擇KTP(磷酸鈦氧鉀)為核心層4的材料的情況。

KTP折射係數約為1.83，在光電晶體中為相對較低。因此，一般而言，選擇具有低折射係數的電介質材料作為包層材料。然而，在第一實施例中，一例如具有大於核心層4的折射係數之折射係數的Ta₂ O₆ 的材料可選擇用於第二包層6a和6b。

在這種情況下，例如，當具有低折射係數的材料如SiO₂ 用於每個第一包層5a和5b時，可在第一包層5a、5b和核心層4的邊界上完成基本模式光的阻擋，並藉由第二包層6a和6b抑制在核心層內的電荷注入。具有高折射係數的每個第二包層6a和6b有效抑制光波導2內高階模式光的傳播。

此外，每個第二包層6a和6b不需要由透明材料形成。優選地，具有高介電容率的材料用於每個第二包層6a和6b。然而，可包括在材料中易於吸收或散射的材料。

根據第一實施例，高電介質材料也可用於第二包層6a和6b。更具體地，有效的是，將具有陶瓷材料分散在樹脂材料內的混合材料塗抹至每個第一包層5a和5b的外側面上，或是藉由氣浮沉積等的成膜過程，將陶瓷材料塗抹至第一包層的每個外側面上，從而可在第一包層上形成第二包層。

即使在該光波導結構中，可在第一包層5a、5b和核心層4的邊界上完成基本模式光的阻擋，並藉由第二包層6a和6b抑制核心層4內電荷注入。此外，因為光在第二包層6a和6b中吸收或散射，可抑制光波導2內高階模式光的傳播。

第二實施例

第2圖說明根據本發明第二實施例的光電元件。在如第2圖所示的光電元件中，相同的參考標號連結至如第1圖所示之根據第一實施例的光電元件的相似部分，並省略詳細描述。

根據第二實施例的光電元件包括佈置在每個第二包層6a和6b外面的電極層結構。該電極層結構包括兩種或兩種以上的金屬薄膜。更具體地，佈置在第二包層6a外面的電極層結構包括設置在第二包層6a的外表面上的第一電極層7a、和設置在第一電極層7a的外表面上的第二電極層8a，以及佈置在第二包層6b外面的電極層結構包括設置在第二包層6b的外表面上的第一電極層7b、和設置在第一電極層7b的外表面上的第二電極層8b。

在第二實施例中，每個第一電極層7a、7b和每個第二電極層8a、8b由不同材料製成。可取的是，形成光電元件1的最上表面的每個第二電極層8a和8b由不易受環境改變而影響的材料製成，如Au、Pt等。

如果每個第一電極層7a，7b和每個第二包層6a，6b之間的黏附力不好，第一電極層或第二包層由具有良好黏附力的電材料製成，或將由該類電材料製成的薄片佈置在每個第一電極層7a和7b與每個第二包層6a和6b之間。

已知，如果不同材料用於電極層，因為其功函數也不同，從而電荷注入光電元件1的量不同。因此，對於第一電極層7a和7b，選擇其中不易發生電荷注入的電材料為優選的。

更具體地，具有小功函數的Cr、Ti、Al等用做每個第一電極層7a和7b的材料為優選的。因為該等金屬相對易於氧化，存在的問題為當長時間運作時，電極材料的組成改變，且不能實現電極層有效功能。為了解決該問題，在第一電極層形成之後，隨後在第一電極層7a和7b上依次形成第二電極層8a和8b為有效的。

第三實施例

第3A圖和第3B圖說明根據本發明第三實施例的光電元件。

第3A圖說明一實例，在所述實例中在第一包層5b上每隔一段距離設置複數個精細結構25a，以及在第一包層5b上每隔一段距離設置複數個精細結構25b。第二包層6a在第一包層5a的表面上形成以覆蓋精細結構25a，而第二包層6b在第一包層5b的表面上形成以覆蓋精細結構25b。第一電極層7a在第二包層6a的表面上形成，而第一電極層7b在第二包層6b的表面上形成。在說明的實施例中，每個精細結構包括形成在每個第一包層的表面上的精細凹面和凸面結構。

例如，在形成第一包層5a和5b之後，利用乾式蝕刻技術，通過在第一包層內形成精細孔來設置精細結構25a和25b。或者，通過拋光處理、濕法蝕刻等，經由增加每個第一包層5a和5b的表面粗糙度可輕易形成精細結構25a和25b。

在精細結構25a和25b內之凹面和凸面結構在光傳播的方向(如箭頭所示X-X方向)以等間距或隨機間距形成。優選地，每個精細結構25a和25b內之鄰近結構之間的間距H設置為等於或小於光波導2內傳播的光的波長。通過具有多結構的包層，電荷注入的抑制效果與第一和第二實施例中的相同。

在第三實施例中，通過在第一包層5a和5b內設置精細結構25a和25b，可進一步有效地實現電荷注入的抑制和將光限制於核心層4內。

例如，在如第3A圖所示的光波導結構中，當第一包層5a和5b顯著變薄時，可將由光波導4內傳播的光獲得的第一包層之等效折射係數設定為每個第一和第二包層的折射係數的中間值。

通過改變每個精細結構25a和25b的每單位面積凹面和凸面部分的數量(密度)，可將第一包層的等效折射係數調節至任意值。從而，基於第二包層6a和6b可抑制電荷注入核心層4並可選擇性地設定包層的折射係數。這使得可完成光波導2的簡易設計。

第3B圖說明一實例，在該實例中，在第二包層6a上每隔一段距離設置複數個精細結構26a，以及在第二包層6b上每隔一段距離設置複數個精細結構26b。第一電極層7a在第二包層6a的表面上形成以覆蓋精細結構26a，以及第一電極層7b在第二包層6b的表面上形成以覆蓋精細結構26b。形成精細結構26a和26b的方法和上述形成精細結構25a和25b的方法相同。

精細結構26a和26b在光傳播的方向(如箭頭所示X-X方向)以等間距或隨機間距形成。優選地，每個精細結構26a和26b內之鄰近結構之間的間距H設定為等於或小於光波導2內傳播的光的波長。

在如第3B圖所示的光波導結構中，通過在第二包層6a和6b上設置精細結構26a和26b，不同於如第3A圖所示的光波導結構，其可控制自第一電極層7a和7b發出並注入第二包層6a和6b內的電荷的量。

因為經由精細結構26a和26b，電荷均勻地注入第二包層6a和6b，可防止電場的積累在第一包層5a和5b上發生，並抑制第二包層6a和6b之絕緣擊穿的產生。

第四實施例

第4圖說明根據本發明第四實施例的光電元件。

在第四實施例中，顯示光電元件1被應用至偏光儀的實例。

為了使用光電元件1作為偏光儀，在構成核心層4的光電材料內必須形成稜鏡結構4A。具體地，鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體等係作為光電材料。

核心層4包括複數個偏極反轉區域4a，每個具有三角形(稜鏡形)以及剩餘區域4b。每個偏極反轉區域4a具有與剩餘區域4b的晶軸方向反向的晶軸。

偏極反轉區域4a在光束(波導光)P的傳播方向以規則方式佈置。每個偏極反轉區域4a的晶軸方向，例如，自紙的背面至紙的前面指引(如箭頭所示)，如第4圖所示，剩餘區域4b的晶軸方向自紙的前面至紙的背面指示。

當電壓施加至核心層4時，每個偏極反轉區域4a在折射係數變化的正負與剩餘區域4b相反。因此，稜鏡結構4A出現在核心層4中。稜鏡結構4A包括一組複數個稜鏡。當進入光電元件1時，核心層4內傳播的光束P(波導光)的傳播角在每個稜鏡的邊界彎曲，並且核心層內之光束P的移動方向與入射方向相異或偏轉於入射方向。換句話說，自光電元件1發出的光束P的方向與入射方向不同。依據將電壓V施加至光電元件的放大率，可改變光束的束偏轉角。因此，光電元件1可作為偏光儀。

在光電晶體內形成上述偏極反轉區域4a的各種方法為習知。一般而言，可將對應抗電場之高電場的高電壓或更高電壓施加至光電晶體的晶體材料。通過將高電壓施加至光電元件1，以想要形成三角形(稜鏡形)偏極反轉區域4a的部分由絕緣部分掩蓋的方式，可形成三角形(稜鏡形)偏極反轉區域4a。在這種情況下，可充分地形成偏極反轉區域4a即使通用的光阻被用做絕緣部分。

在稜鏡形偏光儀中，因為施加電壓變高時偏轉角變大，其可能將100V或更高的電壓施加至光電元件1。如果核心層4具有微米級的厚度，非常大電場可能將施加至光電晶體、第一包層5a和5b、以及第二包層6a和6b。

因此，發生自第一電極層7a和7b電荷注入至核心層4，因此存在著光電特性和光電元件1的性能降低之可能性。然而，如上述實施例描述，因為在光電元件內設置多包層，可抑制電荷自電極層注入至核心層，即使高電壓施加至光電元件1。

如上所述，在根據本發明的光電元件中，所述包層以多層結構形成，該多層結構包括每個具有低介電容率的薄膜或包層以及每個具有高介電容率的薄膜或包層，依次佈置在構成光波導的核心層的每個相對面。在上述光電元件中，當光電元件運作時，每個具有高介電容率的包層係配置以抑制電荷自電極層注入至核心層，每個具有低介電容率的包層係配置以實現光在核心層的限制或阻止。因此，當驅動光電元件時，在光波導型光電元件中，可抑制核心層的光電材料內電荷的注入，從而可防止光束的形狀改變。

此外，當波導光在光電元件內傳播時，可抑制光電元件內高階模式波導光的傳播。

儘管以上描述本發明之較佳實施例，本發明並非受限制於該等實施例。應理解的是，可對本發明做變更或修飾。

1．．．光電元件

2．．．光波導

4．．．核心層

4a．．．核心層下表面

4b．．．核心層上表面

5a、5b．．．第一包層

6a、6b．．．第二包層

7a、7b．．．第一電極層

8a、8b．．．第二電極層

4a．．．偏極反轉區域(第4圖)

4b．．．剩餘區域(第4圖)

4A．．．稜鏡結構

10．．．光電元件

12．．．光波導

14．．．核心層

14a．．．核心層下表面

14b．．．核心層上表面

15a、15b．．．包層

17a、17b．．．電極層

25a、25b、26a、26b．．．精細結構

H．．．間距

P．．．光束

V．．．電壓

V_co ．．．核心層電壓

X．．．光傳播方向

第1圖為剖面圖，顯示根據本發明第一實施例的光電元件；

第2圖為剖面圖，顯示根據本發明第二實施例的光電元件；

第3A圖為剖面圖，顯示根據本發明第三實施例的光電元件；

第3B圖為剖面圖，顯示根據本發明第三實施例的光電元件；

第4圖為剖面圖，顯示根據本發明第四實施例的光電元件；以及

第5圖為剖面圖，顯示傳統光電元件。

1．．．光電元件

2．．．光波導

4．．．核心層

4a．．．核心層下表面

4b．．．核心層上表面

5a、5b．．．第一包層

6a、6b．．．第二包層

7a、7b．．．第一電極層

V．．．電壓

Claims (10)

1. 一種光電元件，包括：一核心層，由一光電材料製成；一包層結構，設置在該核心層的每個相對面上並連同該核心層配置形成一光波導；以及一對電極層，其中一個電極層設置在該包層結構的一面上，且另一個電極層設置在該包層結構的另一面上，該包層結構包括一第一包層和一第二包層，其中該第一包層、該第二包層以及該電極層依序設置在該核心層上，該第二包層具有一介電容率大於該第一包層的介電容率，以及該第二包層具有一厚度厚於該第一包層的厚度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，其中，該第一包層具有一厚度小於在該核心層內傳播的光的一波長。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，其中，該第二包層具有一折射係數大於該核心層的折射係數。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光電元件，其中，該第二包層具有一光透射率低於該第一包層的光透射率。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，其中，該等電極層的每一個包括至少兩種金屬薄膜。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，其中，該第一包層和該第二包層的至少其中之一包括一精細結構。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，其中，該核心層包括一偏振反轉區域。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，其中，該核心層的該光電材料包括一個或更多個鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鉀、鈦酸鋇、鈮酸鉀鉭(KTN)、鈦酸鍶(STO)、鈦酸鋇(BTO)、鈮酸鍶鋇(SBN)、鋯酸鈦酸鉛鑭(PLZT)、鋯酸鈦酸鉛(PZT)、和4-二甲氨基-n-甲基-4-雜芪,對甲苯磺酸(DAST)。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，其中，該第二包層由一包括氧化鉭、氧化鋁、氧化鉿、鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鉀、鈦酸鋇、KTN、STO、BTO、SBN、PLZT、PZT、和DAST中的任何一個的材料所製成。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，其中，當10kV/mm的電場施加至該核心層時，於該核心層內流動的一電流密度被設定為2nA/mm² 或更小。