光波导器件及其制造方法技术

一种光波导器件(111)包括：衬底(111)；布置在衬底上的下包覆层(112)；脊形波导(100)，包括布置在下包覆层上的平板(115)以及布置在平板上的与平板邻接的单个脊(114)；以及布置在脊形波导上的上包覆层(113)。脊形波导包括：跨脊和平板的具有表现出P型导电性的第一导电性的第一掺杂区(101)；以及跨脊和平板的与第一掺杂区邻接的具有表现出N型导电性的第二导电性的第二掺杂区(102)。第一掺杂区与第二掺杂区之间的边界(103)提供在与衬底的表面垂直的方向上形成的PN结，并且在衬底的平面视图中边界沿着被引导光在脊形波导中的传播方向以波纹线形式(例如曲折)被布置。而且，脊形波导包括第一低导电区和第二低导电区中的至少一个，第一低导电区邻接脊中的与第二掺杂区相反的一侧并表现出比第二掺杂区(106)更低的导电性，第二低导电区(105)邻接脊中的与第一掺杂区相反的一侧并且表现出比第一掺杂区更低的导电性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使得能够以低光损耗和低驱动电压实现高速折射率调制的光波导器件，以及制造该光波导器件的方法。
技术介绍
近年来，已经研究了小尺寸的光学集成电路例如平面光波导到光纤通信设备的应用，特别到用于长途或城域波分复用光纤通信的光传输装备以及在数据中心中所使用的光学互连装备等的应用。PTL1公开了一种单模硅脊(rib)形波导，其中通过改变在横向方向上所形成的PN结中的载流子密度来控制折射率，并且PN结边界的位置沿着在光波导芯中的光传播方向以波纹形式变化。NPL1公开了关于与PTL1的硅脊形波导具有类似结构的硅波导的光学特性的技术信息。NPL1报告表明，在PTL1中所公开的结构中以及在由具有与上述结构类似的结构的硅光波导构成的光调制器中，由折射率的周期性分布所引起的布拉格反射是可忽略的。此外，NPL1公开了在大于布拉格波长的波长处操作的光调制器的设计范例。PTL2公开了一种通过使用如下结构来减小光损耗的光调制器：PN结中的耗尽区夹在第一本征区与第二本征区之间。第一本征区和第二本征区被布置成邻接光波导的两个相对的侧壁中的相应侧壁。引文列表专利文献[PTL1]美国专利第7085443号[PTL2]美国专利申请公开第2012/0189239号非专利文献[NPL1]Zhi-YongLi、Dan-XiaXu、W.RossMcKinnon、SiegfriedJanz、JensH.Schmid、PavelCheben和Jin-ZhongYu的“SiliconwaveguidemodulatorbasedoncarrierdepletioninperiodicallyinterleavedPNjunctions”，光学快报，17卷第18期第15947-15958页(2009)
技术实现思路
技术问题在PTL1中所公开的PN结边界的位置沿着在光波导芯中的光传播方向以波纹线形式变化的硅脊形波导中，由于PN结的有效长度增加，所以驱动电压减小。然而，在此情况下，由于载波的光吸收的增加而存在光损耗增加的问题。此外，还存在另一个问题，即无法减小由来自存在于脊形波导的侧面部分中的平板区域的边缘电场引起的寄生电容以及损害高速操作。因此，在使用上述硅脊形波导的情况下，具有低光损耗的高速折射率调制是困难的。在基于NPL1的设计中，当使用具有高折射率对比度的波纹分布轮廓的脊形波导时，由于布拉格反射而使回波损耗减小，并且对生成光调制器的入射光的激光光源的光学反馈显著并且生成模式跳变，由此激光光源变得不稳定。作为结果，存在无法生成稳定光调制信号的问题。在PTL2所公开的光学调制器中，当驱动电压降低时，折射率调制降级。因此，存在无法降低驱动电压的问题。另外，在PTL2中，存在另外的问题，即制造误差的影响显著，并且无法提供具有小质量变化的光调制器。如上所述，本专利技术的目的是实现下述光波导器件：该光波导器件适合于小型光学集成电路，例如能够以低光损耗和低驱动电压实现高速折射率调制的光调制器，并且该光波导器件仅允许小的质量变化以应用到光纤通信设备，特别是用于长途或城域波分复用光纤通信的光传输装备以及在数据中心所使用的光学互连装备等。问题的解决方案根据本专利技术的第一方面的光波导器件包括：衬底；布置在衬底上的下包覆层；脊形波导，该脊形波导包括布置在下包覆层上的平板以及布置在平板上的与平板邻接的单个脊；以及布置在脊形波导上的上包覆层，其中，脊形波导包括：跨脊和平板的具有第一导电性的第一掺杂区，第一导电性表现出P型导电性；以及跨脊和平板的与第一掺杂区邻接且具有第二导电性的第二掺杂区，第二导电性表现出N型导电性，第一掺杂区与第二掺杂区之间的边界提供在与衬底的表面垂直的方向上形成的PN结，并且在衬底的平面视图中边界沿着被引导光在脊形波导中的传播方向以波纹线形式被布置，以及脊形波导包括第一低导电区和第二低导电区中的至少一个，第一低导电区邻接脊中的与第二掺杂区相反的一侧并且表现出比第二掺杂区更低的导电性，第二低导电区邻接脊中的与第一掺杂区相反的一侧并且表现出比第一掺杂区更低的导电性。第一导电区和第二低导电区中的至少一个可以是本征区。在脊形波导包括第一低导电区的情况下，在平板的第一低导电区紧下方的区域中可以布置有第三掺杂区，第三掺杂区邻接第二掺杂区和第一低导电区并且具有第二导电性，在脊不出现于平板上的平板的部分中可以布置与三掺杂区邻接的具有第二导电性的第四掺杂区，第一低导电区中的载流子密度可以低于第三掺杂区中的载流子密度，第三掺杂区中的载流子密度可以低于第二掺杂区中的载流子密度，以及第四掺杂区中的载流子密度可以等于或高于第二掺杂区中的载流子密度。在脊形波导包括第二低导电区的情况下，在平板的第二低导电区紧下方的区域中可以布置第七掺杂区，第七掺杂区邻接第一掺杂区和第一低导电区并且具有第一导电性，在脊不出现于平板上的平板的部分中可以布置与第七掺杂区邻接的具有第一导电性的第八掺杂区，第一低导电区中的载流子密度可以低于第三掺杂区中的载流子密度，第七掺杂区中的载流子密度可以低于第一掺杂区中的载流子密度，以及第八掺杂区中的载流子密度可以等于或高于第一掺杂区中的载流子密度。在脊形波导包括第一低导电区的情况下，第二掺杂区的宽度可以在被引导光的传播方向上基本上恒定。在脊形波导包括第二低导电区的情况下，第一掺杂区的宽度可以在被引导光的传播方向上基本上恒定。在脊形波导不包括第二低导电区的情况下，第一掺杂区可以在相对于边界与第一掺杂区相同的一侧延伸到脊不出现于平板上的平板的部分。在脊形波导不包括第一低导电区的情况下，第二掺杂区可以在相对于边界与第二掺杂区相同的一侧延伸到脊不出现于平板上的平板的部分。光波导器件还可以包括布置在上包覆层上的第一金属电极。此外，在相对于边界与第二掺杂区相同的一侧，在脊不出现于平板上的平板的部分中可以布置有具有第二导电性的第五掺杂区，并且第五掺杂区与第一金属电极可以通过第一通孔过孔彼此连接。光波导器件还可以包括布置在上包覆层上的第二金属电极。此外，在相对于边界与第一掺杂区相同的一侧，在脊不出现于平板上的平板的部分中可以布置有具有第一导电性的第六掺杂区，并且第六掺杂区与第二金属电极可以通过第二通孔过孔彼此连接。光波导器件可以包括第一脊形波导和第二脊形波导，第一脊形波导和第二脊形波导二者构成沿着光波导器件的宽度方向平行布置的两个脊形波导。第一脊形波导中的平板的与第一脊形波导中的脊相比更靠近第二脊形波导的部分可以通过第三通孔过孔被连接至第三金属电极，第三金属电极被布置在上包覆层上，并且第二脊形波导中的平板的与第二脊形波导中的脊相比更靠近第一脊形波导的部分可以通过第四通孔过孔被连接至第四金属电极，第四金属电极被布置在上包覆层上。第一脊形波导中的平板的与第一脊形波导中的脊相比更靠近第二脊形波导的部分以及第二脊形波导中的平板的与第二脊形波导中的脊相比更靠近第一脊形波导的部分可以分别通过第三通孔过孔和第四通孔过孔被电连接至共同第五金属电极，第五金属电极被布置在上包覆层上。根据本专利技术的第二方面的用于光波导器件的制造方法包括：抗蚀剂制造步骤，在脊形波导包括第一低导电区但不包括第二低导电区的情况下，在水平表面上在作为第一低导电区与第二掺杂区之间的边界的位置处形成沿着被引导光在脊形波导中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波导器件，包括：衬底；布置在所述衬底上的下包覆层；脊形波导，所述脊形波导包括布置在所述下包覆层上的平板以及布置在所述平板上的与所述平板邻接的单个脊；以及布置在所述脊形波导上的上包覆层，其中，所述脊形波导包括：跨所述脊和所述平板的具有第一导电性的第一掺杂区，所述第一导电性表现出P型导电性；以及跨所述脊和所述平板的与所述第一掺杂区邻接且具有第二导电性的第二掺杂区，所述第二导电性表现出N型导电性，所述第一掺杂区与所述第二掺杂区之间的边界提供在与所述衬底的表面垂直的方向上形成的PN结，并且在所述衬底的平面视图中所述边界沿着被引导光在所述脊形波导中的传播方向以波纹形被布置，以及所述脊形波导包括第一低导电区和第二低导电区中的至少一个，所述第一低导电区邻接所述脊中的与所述第二掺杂区相反的一侧并且表现出比所述第二掺杂区更低的导电性，所述第二低导电区邻接所述脊中的与所述第一掺杂区相反的一侧并且表现出比所述第一掺杂区更低的导电性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光波导器件，包括：衬底；布置在所述衬底上的下包覆层；脊形波导，所述脊形波导包括布置在所述下包覆层上的平板以及布置在所述平板上的与所述平板邻接的单个脊；以及布置在所述脊形波导上的上包覆层，其中，所述脊形波导包括：跨所述脊和所述平板的具有第一导电性的第一掺杂区，所述第一导电性表现出P型导电性；以及跨所述脊和所述平板的与所述第一掺杂区邻接且具有第二导电性的第二掺杂区，所述第二导电性表现出N型导电性，所述第一掺杂区与所述第二掺杂区之间的边界提供在与所述衬底的表面垂直的方向上形成的PN结，并且在所述衬底的平面视图中所述边界沿着被引导光在所述脊形波导中的传播方向以波纹形被布置，以及所述脊形波导包括第一低导电区和第二低导电区中的至少一个，所述第一低导电区邻接所述脊中的与所述第二掺杂区相反的一侧并且表现出比所述第二掺杂区更低的导电性，所述第二低导电区邻接所述脊中的与所述第一掺杂区相反的一侧并且表现出比所述第一掺杂区更低的导电性。2.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述第一导电区和所述第二低导电区中的至少一个是本征区。3.根据权利要求1或2所述的光波导器件，其中，在所述脊形波导包括所述第一低导电区的情况下，在所述平板的所述第一低导电区紧下方的区域中布置有第三掺杂区，所述第三掺杂区邻接所述第二掺杂区和所述第一低导电区并且具有所述第二导电性，在所述脊不出现于所述平板上的所述平板的部分中布置与所述第三掺杂区邻接的具有所述第二导电性的第四掺杂区，所述第一低导电区中的载流子密度低于所述第三掺杂区中的载流子密度，所述第三掺杂区中的载流子密度低于所述第二掺杂区中的载流子密度，以及所述第四掺杂区中的载流子密度等于或高于所述第二掺杂区中的载流子密度，以及在所述脊形波导包括所述第二低导电区的情况下，在所述平板的所述第二低导电区紧下方的区域中布置第七掺杂区，所述第七掺杂区邻接所述第一掺杂区和所述第一低导电区并且具有所述第一导电性，在所述脊不出现于所述平板上的所述平板的部分中布置与所述第七掺杂区邻接的具有所述第一导电性的第八掺杂区，所述第一低导电区中的载流子密度低于所述第三掺杂区中的载流子密度，所述第七掺杂区中的载流子密度低于所述第一掺杂区中的载流子密度，以及所述第八掺杂区中的载流子密度等于或高于所述第一掺杂区中的载流子密度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光波导器件，其中，在所述脊形波导包括所述第一低导电区的情况下，所述第二掺杂区的宽度在所述被引导光的传播方向上基本上恒定，以及在所述脊形波导包括所述第二低导电区的情况下，所述第一掺杂区的宽度在所述被引导光的传播方向上基本上恒定。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光波导器件，其中，在所述脊形波导不包括所述第二低导电区的情况下，所述第一掺杂区在相对于所述边界与所述第一掺杂区相同的一侧延伸到所述脊不出现于所述平板上的所述平板的部分，以及在所述脊形波导不包括所述第一低导电区的情况下，所述第二掺杂区在相对于所述边界与所述第二掺杂区相同的一侧延伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川宪介，五井一宏，卢国强，廖仲扬，屠晓光，
申请(专利权)人：株式会社藤仓，新加坡科技研究局，
类型：发明
国别省市：日本;JP