标准制造工艺的光调制器制造技术

公开了包括光学谐振器结构的光调制器。光学谐振器结构包括至少一个非线性部分，该至少一个非线性部分包含至少一个径向结区。至少一个径向结区在分别具有不同的电子电导特性的至少第一和第二材料之间形成。所述至少一个径向结区的主轴沿至少一个非线性部分的曲率半径定向。该光调制器包括与光学谐振器结构的至少一个非线性部分耦合的光波导。

Optical modulator for standard manufacturing process

Optical modulators including optical resonator structures are disclosed. The optical resonator structure comprises at least one nonlinear part which comprises at least one radial junction region. At least one radial junction region is formed between at least a first and a second material having different electrical conductivity characteristics, respectively. The principal axis of the at least one radial junction region is oriented along the radius of curvature of at least one nonlinear part. The optical modulator includes an optical waveguide coupled to at least one nonlinear portion of the optical resonator structure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2013年6月12日提交的名称为\Depletion-ModeCarrier-PlasmaOpticalModulatorInZero-ChangeAdvancedCMOS\的美国临时申请No.61/834,362的优先权,该申请全文(包括附图)通过引用并入本文。政府支持本专利技术至少部分地利用美国国防部先进研究项目局(DARPA)授予的合同号W911NF-10-1-0412和HR0011-1l-C-0100的政府支持完成的。政府在本专利技术中具有某些权利。
技术介绍
硅光子学可以用于促进能量高效的光子连接和互连，其可以在互补金属氧化物半导体(CMOS)的连续缩放和计算能力中发挥作用。为与CMOS技术(包括CPU和DRAM)相容，硅光子学应当与现有技术的CMOS工艺相容。
技术实现思路
专利技术人理解设计可以使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或其它类型的半导体制造技术构建的光子器件的益处。根据本文描述的原理的光子器件可以配置为例如零变化先进CMOS(zero-changeadvancedCMOS)中的被动光子器件或零变化先进工艺中的主动光子器件。主动光子器件的非限制性实例包括调制器和检测器。有鉴于此，本文描述的各种实例一般地涉及用于使用半导体制造设备制造光子器件的系统、装置和方法。根据本文描述的原理的示例光子器件可以配置为耗尽模式调制器(depletion-modemodulator)。示例光子器件可以在标准CMOS工艺中制造。本文描述的各种示例系统、装置和方法一般地涉及包括光学谐振器结构的示例光调制器。该光学谐振器结构包括至少一个非线性部分，该至少一个非线性部分包含至少一个径向结区(radialjunctionregion)。至少一个径向结区在分别具有不同电子电导特性的至少第一和第二材料之间形成。至少一个径向结区的主轴沿至少一个非线性部分的曲率半径定向。光调制器包括与光学谐振器结构的至少一个非线性部分耦合的光波导。在一个实施例中，至少一个径向结区可以具有沿主轴的锯齿构造。在一个实施例中，至少一个非线性部分由至少包括分别具有不同掺杂特性的第一区域和第二区域的半导体材料形成，其中至少一个径向结区布置于第一区域和第二区域之间的交叉处。在一个方面中，不同掺杂特性包括不同类型的掺杂剂和至少一种掺杂剂的不同浓度中的至少一种。在一个方面中，至少一个径向结区可以是p-n结区、p-i-n结区、p+-n结区、p+-p结区、p+-p-n+结区、p+-p-n-n+结区、金属氧化物半导体电容器结构、金属-绝缘体-金属结区和肖特基结中的至少一种。示例光学谐振器结构可以具有基本上圆形的构造，其中光学谐振器结构包含具有光学限制(opticalconfinement)的微环谐振器，所述光学限制由微环谐振器的外径处的阶跃折射率边界(stepindexboundary)提供。在一个方面中，微环谐振器的尺寸可以使得仅与微环谐振器的内腔的一阶模式耦合。在一个方面中，微环谐振器的内腔边界可以包含多个独立触点。在根据这一方面的一个实施例中，微环谐振器的环的宽度可以足够宽以显著地降低由于微环谐振器的光模(opticalmode)与多个独立触点的相互作用导致的光损失。在一个实施例中，至少一个径向结区可以包括绕微环谐振器的一部分分布的交替的横向p-n结。微环谐振器的内腔边界可以包括多个独立触点，且其中多个独立触点与p-n结电连通。第一光波导可以包括输入端口和通过端口(throughport)，输入端口配置为接收输入信号。光调制器的至少一部分的尺寸可以使得，当输入信号存在于输入端口处时，p-n结的两个偏置态之间的耗尽宽度(depletionwidth)的变化提供光学谐振频率偏移以调节通过端口处的电磁辐射输出。在一个实施例中，第一光波导和光学谐振器之间的耦合相互作用排除光学谐振器中高阶模式的激发，所述高阶模式的存在是由于光学谐振器的微环谐振器的环宽度。在一个实施例中，第二光波导可以与光调制器以相位匹配构型耦合以用作光调制器的通过端口或下行端口(dropport)。在一个实施例中，第二光波导可以作为耦合器与光调制器以非相位匹配构型耦合以用作下行端口，且其尺寸可以使得仅接收来自光学谐振器结构内腔的一阶模式的电磁辐射。至少一个非线性部分可以由半导体材料形成，且其中半导体材料是硅、非晶硅、多晶硅、III-V半导体材料、锗、石墨烯或这些半导体材料的两种或更多种的任意组合中的至少一种。本文描述的各种示例系统、装置和方法一般地涉及包括多个光调制器的示例波分复用系统，各光调制器与通过总线波导(throughbuswaveguide)耦合并对准指定的谐振波长。多个光调制器的至少一个光调制器包括光学谐振器结构，其包含至少一个非线性部分，该至少一个非线性部分包含至少一个径向结区。至少一个径向结区形成在分别具有不同的电子电导特性的至少第一和第二材料之间。至少一个径向结区的主轴沿至少一个非线性部分的曲率半径定向。在一个实施例中，各光调制器的微环谐振器的一部分被掺杂以降低电阻，使得施加于微环谐振器的光谐振腔的一部分的电流产生用于热调谐光谐振腔的光谐振的焦耳加热。本文描述的各种示例系统、装置和方法一般地涉及使用半导体制造设备基于所述半导体制造设备的设计规则检查(designrulecheck)形成的示例光调制器装置。光调制器装置包括光学谐振器结构，其包含至少一个非线性部分。至少一个非线性部分包含至少一个径向结区。至少一个径向结区在分别具有不同的电子电导特性的至少第一和第二材料之间形成，且至少一个径向结区的主轴沿至少一个非线性部分的曲率半径定向。示例光调制器装置还包括接近于光学谐振器结构布置的晶体管层。示例光调制器装置可以包括布置在晶体管层的一部分中的微环谐振器。在一个实施例中，光学谐振器显示出由微环谐振器的外径处的阶跃折射率边界提供的光学限制。在一个实施例中，微环谐振器的内腔边界可以包括多个独立触点。在一个实施例中，通过金属和/或通过通道层(vialayer)对多个独立触点中的每一个形成电接触。在一个实施例中，微环谐振器的一部分被掺杂以降低电阻，从而允许电流通过内腔以产生足以用于热调谐内腔的光谐振的焦耳加热。在一个实施例中，靠近光调制器的一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光调制器，包括：光学谐振器结构，其包含至少一个非线性部分，该至少一个非线性部分包含至少一个径向结区；其中所述至少一个径向结区在分别具有不同电子电导特性的至少第一和第二材料之间形成；且其中所述至少一个径向结区的主轴沿所述至少一个非线性部分的曲率半径定向；和与所述光学谐振器结构的至少一个非线性部分耦合的第一光波导。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.12 US 61/834,3621.一种光调制器，包括：
光学谐振器结构，其包含至少一个非线性部分，该至少一个非线
性部分包含至少一个径向结区；
其中所述至少一个径向结区在分别具有不同电子电导特性的
至少第一和第二材料之间形成；且
其中所述至少一个径向结区的主轴沿所述至少一个非线性部
分的曲率半径定向；和
与所述光学谐振器结构的至少一个非线性部分耦合的第一光波
导。
2.权利要求1的光调制器，其中所述至少一个径向结区具有沿所
述主轴的锯齿构造。
3.权利要求1的光调制器，其中所述至少一个非线性部分由至少
包括分别具有不同掺杂特性的第一区域和第二区域的半导体材料形
成，且其中所述至少一个径向结区布置于所述第一区域和所述第二区
域之间的交叉处。
4.权利要求3的光调制器，其中所述不同掺杂特性包括不同类型
的掺杂剂和至少一种掺杂剂的不同浓度中的至少一种。
5.权利要求3的光调制器，其中所述至少一个径向结区是p-n结
区、p-i-n结区、p+-n结区、p+-p结区、p+-p-n+结区、p+-p-n-n+结区、
金属氧化物半导体电容器结构、金属-绝缘体-金属结区和肖特基结中
的至少一种。
6.权利要求1的光调制器，其中所述至少一个径向结区是金属氧
化物半导体电容器结构、金属-绝缘体-金属结区和肖特基结中的至少
一种。
7.权利要求1的光调制器，其中所述光学谐振器结构具有基本上
圆形的构造，且其中所述光学谐振器结构包含具有光学限制的微环谐
振器，所述光学限制由所述微环谐振器的外径处的阶跃折射率边界提

\t供。
8.权利要求7的光调制器，其中所述微环谐振器尺寸使得仅与所
述微环谐振器的内腔的一阶模式耦合。
9.权利要求7的光调制器，其中所述微环谐振器的内腔边界包含
多个独立触点。
10.权利要求9的光调制器，其中所述微环谐振器的环的宽度足
够宽以显著地降低由于所述微环谐振器的光模与所述多个独立触点
的相互作用导致的光损失。
11.权利要求7的光调制器，其中所述至少一个径向结区包含绕
所述微环谐振器的一部分分布的交替的横向p-n结。
12.权利要求11的光调制器，其中所述微环谐振器的内腔边界包
含多个独立触点，且其中所述多个独立触点与所述p-n结电连通。
13.权利要求12的光调制器，其中所述第一光波导包括输入端口
和通过端口，所述输入端口配置为接收输入信号。
14.权利要求13的光调制器，其中所述光调制器的至少一部分的
尺寸使得，当输入信号存在于所述输入端口处时，所述p-n结的两个
偏置态之间的耗尽宽度的变化提供光学谐振频率偏移以调节所述通
过端口处的电磁辐射输出。
15.权利要求1的光调制器，其中所述第一光波导和所述光学谐
振器之间的耦合相互作用排除所述光学谐振器中高阶模式的激发，所
述高阶模式的存在是由于所述光学谐振器的微环谐振器的环宽度。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·波波维克，J·M·夏因莱，J·奥尔卡特，V·M·斯托贾诺维克，
申请(专利权)人：麻省理工学院，科罗拉多大学董事会法人，
类型：发明
国别省市：美国;US