波导调制器结构制造技术

一种马赫‑曾德尔波导调制器，包括：包括左SiGe光波导的左臂，以及包括右SiGe光波导的右臂；其中所述左光波导和右光波导中的每个包括结区和多个电极，所述多个电极用于跨所述结提供偏置来使得能够实现对经由色散传播通过所述结区的光的相位的控制。

Waveguide modulator structure

Maher Del has included a waveguide modulator, including left SiGe waveguide and right left arm, right arm includes SiGe optical waveguide; wherein the left and right optical waveguides in optical waveguides each including a junction region and a plurality of electrodes, wherein a plurality of electrodes for cross the junction provides bias to make to achieve the control of the phase that the junction region of the light propagation through dispersion.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】波导调制器结构相关申请的交叉引用本申请要求编号62/128949的美国临时申请和编号62/152696的美国临时申请的优先权和权益，该临时申请的整体内容通过引用结合于本文中。
根据本专利技术的实施例的一个或多个方面涉及波导调制器结构和方法，以及更特别地涉及马赫-曾德尔（MachZehnder）波导调制器结构和方法。
技术介绍
硅波导平台上的光学调制是公知的，包括基于以下各项的波导调制器：光电、量子限制斯塔克（Stark）、弗朗兹-凯尔迪什（Franz-Keldysh）以及载流子等离子体色散。波导调制器可以包括硅波导、Ⅲ-Ⅴ族波导、其他半导体波导以及聚合物波导。它们通常是对称结构，但是掺杂区域可能是不对称的（例如，US7,085,443，PN相移调制器，其中硅的掺杂跨波导是不对称的）。对于具有硅/锗（SiGe）介质的调制器而言，已知的是，利用集总电极的弗朗兹-凯尔迪什（FK）效应被用来在1550nm下实现小尺寸、高速度、低驱动功耗以及易于制造。当在光谱的C-带和L-带中需要操作时，硅/锗区提供了有利的电吸收效应。已经提出了若干可能的调制器波导结构，包括US8,346,028，其中有源波导（典型地）由SiGe制成并且SiGe波导在其侧面被掺杂以提供有效的电接触以及在SiGe波导中生成必要的电场。然而，这样的结构受到下述缺点的影响：光模（opticalmode）被迫使紧密接近波导两侧上的掺杂，这引起光损耗。
技术实现思路
根据本专利技术的各种实施例，提供了一种马赫-曾德尔波导调制器，其包括：包括左SiGe光波导的左臂和包括右SiGe光波导的右臂；其中左光波导和右光波导中的每个包括结区和多个电极，所述多个电极用于跨所述结提供偏置来使得能够实现对经由色散传播通过所述结区的光的相位的控制。色散可以被理解为色散效应以及更特别地被理解为增强等离子体色散效应。根据第一组实施例，提供了一种马赫-曾德尔波导调制器，其包括：包括左SiGe光波导的左臂和包括右SiGe光波导的右臂；其中左光波导和右光波导中的每个包括PIN结区，该PIN结由以下各项形成：与p型掺杂区或n型掺杂区相对应的第一半导体区；与p型掺杂区或n型掺杂区中另一个相对应的第二半导体区；以及中心SiGe波导区；其中左光波导的第一半导体区与右光波导的第一半导体区在左臂与右臂之间的区域中成一体，形成公共掺杂区；以及多个电极，其被配置成跨PIN结中的一个或两者施加正向偏置来使得能够实现对经由色散传播通过相应的一个或多个PIN结区的光相位的控制。根据第二组实施例，提供了一种马赫-曾德尔波导调制器，其包括：包括左SiGe光波导的左臂和包括右SiGe光波导的右臂；其中左光波导和右光波导中的每个包括PIN结区，PIN结由以下各项形成：与p型掺杂区或n型掺杂区相对应的第一半导体区；与p型掺杂区或n型掺杂区中另一个相对应的第二半导体区；以及中心SiGe波导区；其中由左臂与右臂之间的中心隔离区将左光波导的第一半导体区与右波导的第一半导体区电学隔离，形成公共掺杂区；以及多个电极，其被配置成跨PIN结中的一个或两者施加正向偏置来使得能够实现对经由色散传播通过相应的一个或多个PIN结区的光的相位的控制。在US8,346,028和US8,093,080中，描述了用于光传感器和调制器的波导结构，其中波导的两个侧壁都被适当掺杂。侧壁掺杂的优点是操作FK效应所必需的电场被紧密包含在波导中，但是缺点是接近光模的掺杂吸收光并且引起大量光损耗。US8,737,772公开了一种设备，其是具有载流子等离子体色散效应的耗尽相位调制器并且在所述设备中p型掺杂区和n型掺杂区非对称地布置，其中一个掺杂区延伸到波导的顶部并且相反的掺杂区处于底部中。这种结构的目的是通过在脊形波导中形成耗尽区来减少光损耗以及使电学接触部（金属）远离光模。在现有技术的对称侧壁掺杂结构（包括US8,346,028和US8,093,080的那些结构）中，由跨越施加的电压所产生的电场是本质上平行且均匀的场。在该专利技术中，我们发现一种新颖的结构，其中跨掺杂区产生的电场是不平行且不均匀的，但是光模实际上不受掺杂非对称的影响。因此，在本专利技术的结构中，损耗是更少的，这是因为仅在波导的一侧上存在掺杂，但是电场（尽管不均匀）在产生所需要的FK效应方面是有效的。因此，在没有先前设计（诸如US8,346,028）的缺点的情况下实现了高速调制器。该结构还可以在用锗代替SiGe的情况下被用于光电探测器。与先前的结构（诸如US8,093,080的结构）相比，本专利技术的结构由于更低的光损耗而具有更高的响应率。根据第三组实施例，根据权利要求1提供了一种马赫-曾德尔波导调制器，其中左光波导和右光波导中的每个的结包括PN结，所述PN结由以下各项形成：与p型掺杂区或n型掺杂区相对应的第一半导体区；与p型掺杂区或n型掺杂区中的另一个相对应的第二半导体区；以及多个电极，其被配置成跨PN结的一个或两者施加反向偏置来使得能够实现对经由色散传播通过相应的一个或多个PN结的光的相位的控制。第一组和第二组实施例中的每个可以包括以下光学特征中的一项或任意组合。在这些特征不涉及本征区的情况下，它们也可适用于第三组实施例。可选地，第一半导体区包括第一横向部分，其在波导的第一侧面上远离波导壁横向延伸；第二半导体区包括第二横向部分，其在波导的第二侧面上远离波导壁横向延伸；以及多个电极，其包括：位于第一横向部分正顶部上的第一电极；以及位于第一横向部分正顶部上的第二电极。可选地，第一或第二半导体区中的一个包括沿着波导的侧面延伸的竖向掺杂部分。可选地，竖向掺杂部分仅沿着波导的侧壁的一部分在竖向方向上延伸，使得中心SiGe波导区具有比竖向掺杂区更大的高度。可选地，竖向掺杂部分沿着波导的整个侧面延伸。可选地，对于调制器的给定波导臂，波导的不多于一个侧面包括竖向掺杂部分。可选地，马赫-曾德尔波导调制器包括：位于p型掺杂半导体区与中心波导区之间的介于中间的轻p型掺杂半导体区；其中该介于中间的轻p型掺杂半导体区具有比p型掺杂半导体区更低的掺杂浓度。可选地，马赫-曾德尔波导调制器包括：位于n型掺杂半导体区与中心波导区之间的介于中间的轻n型掺杂半导体区；其中所述介于中间的轻n型掺杂半导体区具有比n型掺杂半导体区更低的掺杂浓度。可选地，中心波导由SiGe组成并且掺杂的半导体区由Si组成。可选地，中心波导区、第一半导体区和第二半导体区都由SiGe组成。可选地，中心波导区、n型掺杂半导体区、p型掺杂半导体区、轻p型掺杂半导体区以及轻n型掺杂半导体区都由SiGe组成。可选地，多个电极包括位于公共掺杂区的公共电极。可选地，多个电极包括多个集总电极。可选地，马赫-曾德尔波导调制器被配置成在推挽模式（push-pullmode）中操作。可选地，在本文中所描述的所有实施例中，SiGe波导由本征SiGe（iSiGe）形成。可选地，有源区（activeregion）意指该区中的波导具有PIN结或PN结，并且电极可以是集总电极或行波电极。有源区中的波导由SiGe材料制成，该区的外部可以由SiGe或Si材料制成。对于具有PIN结的马赫-曾德尔调制器，p区可以是用硼掺杂的SiGe材料或Si材料，以及n区可以是用磷或砷掺杂的SiGe或者Si材料。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种马赫‑曾德尔波导调制器，其包括：包括左SiGe光波导的左臂，以及包括右SiGe光波导的右臂；其中所述左光波导和右光波导中的每个包括结区以及多个电极，所述多个电极用于跨所述结提供偏置来使得能够实现对经由色散传播通过所述结的光的相位的控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.05 US 62/128949;2015.04.24 US 62/1526961.一种马赫-曾德尔波导调制器，其包括：包括左SiGe光波导的左臂，以及包括右SiGe光波导的右臂；其中所述左光波导和右光波导中的每个包括结区以及多个电极，所述多个电极用于跨所述结提供偏置来使得能够实现对经由色散传播通过所述结的光的相位的控制。2.根据权利要求1所述的马赫-曾德尔波导调制器，其中所述左光波导和右光波导中的每个的结区包括PIN结区，所述PIN结区由以下各项形成：与p型掺杂区或n型掺杂区相对应的第一半导体区；与所述p型掺杂区或n型掺杂区中的另一个相对应的第二半导体区；以及中心SiGe波导区；其中所述左光波导的第一半导体区与所述右光波导的第一半导体区在所述左臂与右臂之间的区域中成一体，形成公共掺杂区；以及多个电极，其被配置成跨所述PIN结中一个或两者施加正向偏置来使得能够实现对经由色散传播通过相应的一个或多个PIN结区的光的相位的控制。3.根据权利要求1所述的马赫-曾德尔波导调制器，其中所述左光波导和右光波导中的每个的结区包括PIN结区，所述PIN结区由以下各项形成：与p型掺杂区或n型掺杂区相对应的第一半导体区；与所述p型掺杂区或n型掺杂区中的另一个相对应的第二半导体区；以及中心SiGe波导区；其中所述左光波导的第一半导体区与所述右光波导的第一半导体区被所述左臂和右臂之间的中心隔离区电学隔离，形成公共掺杂区；以及多个电极，其被配置成跨所述PIN结中的一个或两者施加正向偏置来使得能够实现对经由散射传播通过相应的一个或多个PIN结区的光的相位的控制。4.根据权利要求1所述的马赫-曾德尔波导调制器，其中所述左光波导和右光波导中的每个的结包括PN结，所述PN结由以下各项形成：与p型掺杂区或n型掺杂区相对应的第一半导体区；与所述p型掺杂区或n型掺杂区中的另一个相对应的第二半导体区；以及多个电极，其被配置成跨所述PN结中的一个或两者施加反向偏置来使得能够实现对经由色散传播通过相应的一个或多个PN结区的光的相位的控制。5.根据前述权利要求中的任意一项所述的马赫-曾德尔波导调制器，其中：所述第一或第二半导体区中的一个包括沿着所述波导的侧面延伸的竖向掺杂部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：余国民，AJ齐尔基，
申请(专利权)人：洛克利光子有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB