光波导元件以及光调制器制造技术

本发明专利技术提供光波导元件以及光调制器。该光波导元件具备具有芯层的脊形波导，该芯层具有脊部、和以夹持脊部的方式分别连接于脊部的两侧的包含第1平板部以及第2平板部的一对平板部，脊部具有预先设定的能够传播处于单一的偏振光状态的基本模式以及高次模式的剖面尺寸，还具有形成PN结的第1P型半导体部以及第1N型半导体部，第1平板部具有相互连接的第2P型半导体部以及P型导体部，第2P型半导体部与脊部的第1P型半导体部连接，第2平板部具有相互连接的第2N型半导体部以及N型导体部，第2N型半导体部与脊部的第1N型半导体部连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高速且光损失低的光波导元件以及具备该光波导元件的光调制器。本申请主张于2012年12月27日在日本申请的日本特愿2012-283964号的优先权，并在此引用其内容。
技术介绍
近年来，研究将基板型光波导等光集成电路用于光纤通信用的器件，特别是用于长距离的波分复用光纤通信。在专利文献1中公开了在横向具有PIN结，使PIN结中的载流子密度改变来控制折射率的单模的硅脊形波导。在专利文献2中记载了如下的光调制器，该光调制器是在横向具有PN二极管的硅脊形波导，P区域以及N区域的掺杂密度不一样而是呈非线形变化，在P区域以及N区域的与各个电极邻接的部分掺杂密度为最高值，在波导模式的中心掺杂密度为最低值。在非专利文献1中公开了使用马赫-曾德尔型波导的10Gbps(千兆比特每秒)的高速的光调制器作为相位调制部，并报告消光比为10dB以上，光损失为10.5dB以下，其中马赫-曾德尔型波导具有在横向具有PN二极管的硅脊形波导。专利文献1：国际公开第95/08787号专利文献2：美国专利第7085443号说明书非专利文献1：Kensuke Ogawa,Kazuhiro Goi,Yong Tsong Tan,Tsung-Yang Liow,Xiaoguang Tu,Qing Fang,Guo-Qiang Lo,and Dim-Lee Kwong,“Silicon Mach-Zehnder modulator of extinction ratio beyond 10dB at 10.0-12.5Gbps”,Optics Express,2011年、第19卷、第26号、pp.B26-B31专利文献1的光电元件利用单模的硅波导的折射率控制。但是若使用芯层的宽度以及厚度为亚微米级的硅波导，则光损失因由波导芯层的侧壁粗糙度产生的光散射而增大，从而无法实现针对长距离的波分复用光纤通信用的光集成电路所要求的较低的光损失。若基于专利文献2公开的PN二极管的掺杂密度的分布，则为了降低由波导芯层的侧壁粗糙度导致的光损失，在扩展芯层宽度的情况下，产生高次模式。其结果，若高次模式成分重叠于强度调制信号或相位调制信号，则强度调制的消光比或者相位调制的Q值(Q-factor)降低，从而比特误码率增大，从而无法构建良好的光通信系统。在非专利文献1所公开的具有PN二极管的硅马赫-曾德尔型波导中，在包含C频段(1530～1565nm)以及L频段(1565～1625nm)的波长区域中，使光损失低于10dB是很困难的。因此无法实现针对长距离的波分复用光纤通信用的光部件所要求的较低的光损失。
技术实现思路
据此，本专利技术提供一种在用于长距离的波分复用光纤通信的全波长区域中，具有强度调制的较高的消光比，或者相位调制的较高的Q值，从而适于高速且光损失低的光调制器等的光集成电路的光波导元件。本专利技术的第1方式是一种光波导元件，其中，具备具有芯层的脊形波导，所述芯层具有：脊部、和以夹持所述脊部的方式分别连接于所述脊部的两侧的包含第1平板部以及第2平板部的一对平板部，所述脊部具有预先设定的能够传播处于单一的偏振光状态的基本模式以及高次模式的剖面尺寸，还具有形成PN结的第1P型半导体部以及第1N型半导体部，所述第1平板部具有相互连接的第2P型半导体部以及P型导体部，所述第2P型半导体部与所述脊部的第1P型半导体部连接，所述第2平板部具有相互连接的第2N型半导体部以及N型导体部，所述第2N型半导体部与所述脊部的第1N型半导体部连接，所述第1P型半导体部以及所述第2P型半导体部由含有P型掺杂剂的半导体材料构成，所述第1N型半导体部以及所述第2N型半导体部由含有N型掺杂剂的半导体材料构成，所述P型导体部由含有比所述第1P型半导体部以及所述第2P型半导体部的浓度高的P型掺杂剂的半导体材料构成，所述P型导体部与第1电极电连接，并配置于能够传播所述高次模式的区域，所述N型导体部由含有比所述第1N型半导体部以及所述第2N型半导体部的浓度高的N型掺杂剂的半导体材料构成，所述N型导体部与第2电极电连接，并配置于能够传播所述高次模式的区域。本专利技术的第2方式在第1方式的光波导元件的基础上，优选所述半导体材料为硅。本专利技术的第三方式在第1方式或第2方式的光波导元件的基础上，优选还具备：上部覆盖部，其配置于所述芯层的周围，且在上表面形成有所述第1电极以及所述第2电极；连接导体部，其在所述第1电极与所述P型导体部之间以及所述第2电极与所述N型导体部之间进行电连接，并贯通所述上部覆盖部。本专利技术的第四方式在第1方式～第三方式中任一方式的光波导元件的基础上，优选所述脊形波导的所述脊部的宽度为500～600nm。本专利技术的第五方式在第1方式～第四方式中任一方式的光波导元件的基础上，优选还具备：具有矩形芯层部的矩形波导，所述矩形芯层部具有与所述脊部相等的宽度以及厚度；连接部，其将所述脊形波导的至少一端与所述矩形波导连接，并具有所述一对平板部的宽度从零开始连续地变化的过渡区域。本专利技术的第六方式在第五方式的光波导元件的基础上，优选所述过渡区域的所述一对平板部的宽度沿着光的传播方向以线形变化。本专利技术的第七方式在第五方式的光波导元件的基础上，优选所述过渡区域的所述一对平板部的宽度沿着光的传播方向以二次函数变化。本专利技术的第八方式在第五方式～第七方式中任一方式的光波导元件的基础上，优选还具备宽度朝向前端变窄的倒锥形波导，该倒锥形波导连接于所述矩形波导的与所述连接部相反的一侧的端部。本专利技术的第九方式在第五方式～第七方式中任一方式的光波导元件的基础上，优选还具备马赫-曾德尔型波导，其在两个1×2光分支部之间具有两条臂部，所述1×2光分支部由多模干涉仪构成，所述两条臂部分别具有所述脊形波导，所述脊形波导与所述1×2光分支部之间用所述矩形波导连接。本专利技术的第十方式在第1方式～第九方式中任一方式的光波导元件的基础上，优选在相对于所述光波导元件入射光或者从所述光波导元件出射光的端部，将朝向前端宽度变窄的倒锥形波导连接于矩形波导的端部。本专利技术的第十一方式是一种光调制器，其中，具备上述第1方式～第十方式中任一方式的光波导元件，对连接于所述P型导体部的第1电极和连接于所述N型导体部的第2电极施加恒定的反向偏置电压，使仅包含交流成分的电信号向第1电极或第2电极传播，从而进行光调制。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波导元件，其特征在于，具备具有芯层的脊形波导，所述芯层具有：脊部、和以夹持所述脊部的方式分别连接于所述脊部的两侧的包含第1平板部以及第2平板部的一对平板部，所述脊部具有预先设定的能够传播处于单一的偏振光状态的基本模式以及高次模式的剖面尺寸，还具有形成PN结的第1P型半导体部以及第1N型半导体部，所述第1平板部具有相互连接的第2P型半导体部以及P型导体部，所述第2P型半导体部与所述脊部的第1P型半导体部连接，所述第2平板部具有相互连接的第2N型半导体部以及N型导体部，所述第2N型半导体部与所述脊部的第1N型半导体部连接，所述第1P型半导体部以及所述第2P型半导体部由含有P型掺杂剂的半导体材料构成，所述第1N型半导体部以及所述第2N型半导体部由含有N型掺杂剂的半导体材料构成，所述P型导体部由含有比所述第1P型半导体部以及所述第2P型半导体部的浓度高的P型掺杂剂的半导体材料构成，所述P型导体部与第1电极电连接，并配置于能够传播所述高次模式的区域，所述N型导体部由含有比所述第1N型半导体部以及所述第2N型半导体部的浓度高的N型掺杂剂的半导体材料构成，所述N型导体部与第2电极电连接，并配置于能够传播所述高次模式的区域。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.27 JP 2012-2839641.一种光波导元件，其特征在于，
具备具有芯层的脊形波导，所述芯层具有：脊部、和以夹持所述脊
部的方式分别连接于所述脊部的两侧的包含第1平板部以及第2平板部
的一对平板部，
所述脊部具有预先设定的能够传播处于单一的偏振光状态的基本
模式以及高次模式的剖面尺寸，还具有形成PN结的第1P型半导体部
以及第1N型半导体部，
所述第1平板部具有相互连接的第2P型半导体部以及P型导体部，
所述第2P型半导体部与所述脊部的第1P型半导体部连接，
所述第2平板部具有相互连接的第2N型半导体部以及N型导体部，
所述第2N型半导体部与所述脊部的第1N型半导体部连接，
所述第1P型半导体部以及所述第2P型半导体部由含有P型掺杂
剂的半导体材料构成，
所述第1N型半导体部以及所述第2N型半导体部由含有N型掺杂
剂的半导体材料构成，
所述P型导体部由含有比所述第1P型半导体部以及所述第2P型
半导体部的浓度高的P型掺杂剂的半导体材料构成，所述P型导体部与
第1电极电连接，并配置于能够传播所述高次模式的区域，
所述N型导体部由含有比所述第1N型半导体部以及所述第2N型
半导体部的浓度高的N型掺杂剂的半导体材料构成，所述N型导体部
与第2电极电连接，并配置于能够传播所述高次模式的区域。
2.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于，
所述半导体材料为硅。
3.根据权利要求1或2所述的光波导元件，其特征在于，还具备：
上部覆盖部，其配置于所述芯层的周围，所述第1电极以及所述第
2电极形成于该上部覆盖部的上表面；和
连接导体部，其在所述第1电极与所述P型导体部之间以及所述第
2电极与所述N型导体部之间进行电连接，并贯通所...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川宪介，五井一宏，日下裕幸，
申请(专利权)人：株式会社藤仓，
类型：发明
国别省市：日本;JP