光学双极移相器制造技术

描述一种光学移相器(1)，所述光学移相器包括在衬底中实现的光波导(3)，所述光波导在衬底内具有光传导面，其中，所述光传导面包括第一掺杂的至少一个第一区域(5)和分别第二掺杂的至少两个第二区域(6)，所述第二掺杂与所述第一掺杂不同，其中，所述第一区域(5)布置在所述两个第二区域(6)之间。

【技术实现步骤摘要】
光学双极移相器
本专利技术涉及一种光学移相器，其包括在衬底上实现的光波导，该光波导在衬底内具有光传导面(optischen)。
技术介绍
光学移相器是集成光子学中的关键部件。尤其在光学通信中，光学移相器是必要的。在此，光学移相器例如用于信息编码的范畴中的光辐射调制，这例如由GrahamT.Reed的论文《Recentbreakthroughsincarrierdepletionbasedsiliconopticalmodulators》纳米光子学，2013中得出。光学移相器还用作可编程集成光子芯片的开关，如在例如XiaChen的论文《TowardsanopticalFPGA-Programmablesiliconphotoniccircuits》，ArXiv，2018中所描述的。也在射束控制应用中设置光学移相器，例如在FiroozAflatouni等人的论文《Nanophotonicprojectionsystem》中详细描述。实现光学移相器的通常方法是，在光波导中实现水平和/或竖直的半导体二极管结。在一些情况下，掺杂剂在光传播方向(辐射传播方向，缩写SAR)上周期性地重复分布(参见JessieRosenberg，《A25Gbpssiliconmicroringmodulatorbasedonaninterleavedjunction》，2012)。这能够实现使用二极管结的与电压相关的自由电荷区域(耗尽区域)，以便要么从集成光波导的光传导面导出电荷(即用以耗尽光传导面)，要么将电荷注入到该光传导面。由于自由电荷载体的效应(即已知为所谓的硅的间接电光效应；英语也称为“freecarriereffect，自由载流子效应”)，电荷密度的调制改变硅的折射率。如果硅中的电荷密度增加，则由于引起掺杂的杂质原子，通过硅传播或运动的光子更容易湮灭。这也表示为光学吸收损耗。因为通过复数光学折射系数的虚部来描述吸收，所以通过对虚部应用克莱默-克朗尼格分析(Krammer-Kronig-Analyse)，在考虑特定的数学条件的情况下也可以估算实部(即折射率)。在这种情况下，折射率确定光学路径长度，并且最后确定光学相移。Soref和Bennett's描述硅的折射率的实部和虚部与经掺杂的硅内的电荷载体密度(空穴和电子)的相关性(《ElectroopticaleffectsinSilicon》，IEEE量子电子学杂志，1987)。其通过利用在硅中的光吸收的来自经验的数据得出如下结论：能够在掺杂的硅中实现电光效应。换句话说，其描述复数折射率的实部与虚部的关系作为硅的杂质水平的函数。实部是相移的原由，而虚部是损耗的来源。杂质的数量可以作为所施加的电压的函数而变化，其方式是：耗散来自PN结的耗尽区的电荷(PN结的耗尽)，或将电荷注入到PIN二极管的本征区域。在此引人注意的是，在给定掺杂杂质的情况下，与所施加的电压无关地发生损耗。反之，相移的变化仅在施加电压时存在。这意味着，位于光子运动路径中且不作为所施加的电压的函数而变化的所有掺杂杂质都是低效率的来源。这种低效率基于损耗的存在，而不产生可调制的相移。在多篇论文中提出不同的方法，以使上述低效率最小化。借助上述方法中的多种方法已经尝试过，在使用不同的掺杂条件、布局和策略来使光学模式与电压相关的电荷区域之间的重叠最大化。因为这些区域的宽度借助所施加的电压来控制，所以先前的论文中的多个集中到增大掺杂有施主或受主的区域之间的半导体-半导体结的长度。例如这通过沿横向或竖直方向旋转上述结来实现，参见GrahamT.Reed的《Recentbreakthroughsincarrierdepletionbasedsiliconopticalmodulators》，纳米光子学，2013。当前令人感兴趣的当前的论文提出竖直的U形掺杂特性(参见W.D.Sacher的《MonolithicallyIntegratedMultilayerSiliconNitride-on-SiliconWaveguidePlatformsfor3-DPhotonicCircuitsandDevices》，IEEE会议论文集，2018)。该论文的思想在于，通过使用准确成形的竖直掺杂特性来增加光学模式和自由电荷载体之间的重叠。集成光子芯片领域的商业技术提供商通常不提供这样的方法。替代地，所说的提供商提供具有有限的准确度方法，这使得这无法用于批量生产(参见KensukeOgwaga：《Silicon-basedphaseshiftersforhighfigureofmeritinopticalmodulation》，SPIEOPTO，2016)。另一种方案是添加垂直于光传播方向(即垂直于SAR)的(PN)结的场。这也被称为交错移相器(英语“interleavedphase-shifter”)，并且实际上会降低光学移相器的电响应速度，因为该结添加电容。此外，由此增加光学模式与自由电荷区的整体重叠。在这方面，结的总数量受掺杂窗口的由技术预给定的最小面积所限制(Zhi-YongLi的《SiliconwaveguidemodulatorbasedoncarrierdepletioninperiodicallyinterleavedPNJunctions》，光学快报，2009)。所有耗尽方法和电荷载体注入方法基于用于输入电压的两个金属线路，以便耗散(abbauen)或馈送光路中的自由电荷(即增加耗尽)。第一层的金属接通部总是布置在波导的侧面。这导致降低波导中的光学损耗。所有应用电荷载体注入或耗尽方案的电光学移相器都具有损耗-相移-权衡(Verlust-Phasenverschiebungs-Trade-off)。在现有技术的解决方案中，迄今在沿波导的辐射传播方向交错的布置中仅使用一个横向的PN结或多于一个PN结。因此，先前提及的光波导在沿波导的传播方向交错的布置中具有一个侧面的结，或多于一个结。在此，不受电压控制的掺杂载体形成损耗源。模拟表明，现有技术的解决方案对于上面提到的问题并不是最佳的。
技术实现思路
根据本专利技术，光传导面包括第一掺杂的至少一个第一区域，和与第一掺杂不同的第二掺杂的至少两个第二区域，其中，第一掺杂区域布置在两个第二掺杂区域之间。有利地，由此能够实现有效的相变(Phasenwechsel)。有利地，由此提高光学移相器的效率并且同样改善其线性。光学移相器尤其应理解为电光学移相器。“衬底”尤其应理解为半导体材料。衬底尤其包括硅或由硅组成。“光传导面”尤其应理解为衬底内的可光学传导的面，其具有多个不同的掺杂区域并且因此是可电操控的或可电控制的。“区域”尤其应理解为衬底的部分区域。“掺杂”尤其应理解为n掺杂、n+掺杂、p掺杂或p+掺杂。在本专利技术的另一种构型中提出，三个区域沿着垂直于辐射传播方向的方向彼此交替地布置。因此三个区域尤其如此交替地布置在光传导面内，使得在垂直于辐射传播方向的方向上形成分别具有相反掺杂的至少两个材料结优选地，以上提及的材料结分别沿平行于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学移相器(1)，所述光学移相器包括/n光波导(3)，所述光波导在衬底中实现，所述光波导在所述衬底内具有光传导面，其特征在于，/n所述光传导面包括第一掺杂的至少一个第一区域(5)和分别第二掺杂的至少两个第二区域(6)，所述第二掺杂与所述第一掺杂不同，其中，所述第一区域(5)布置在两个所述第二区域(6)之间。/n

【技术特征摘要】
20190121 DE 102019200687.61.一种光学移相器(1)，所述光学移相器包括
光波导(3)，所述光波导在衬底中实现，所述光波导在所述衬底内具有光传导面，其特征在于，
所述光传导面包括第一掺杂的至少一个第一区域(5)和分别第二掺杂的至少两个第二区域(6)，所述第二掺杂与所述第一掺杂不同，其中，所述第一区域(5)布置在两个所述第二区域(6)之间。


2.根据权利要求1所述的光学移相器(1)，其中，所述三个区域(5，6)沿着垂直于辐射传播方向(SAR)的方向彼此交替地布置。


3.根据权利要求2所述的光学移相器(1)，其中，所述三个区域(5，6)分别至少部分地在所述光传导面内沿着所述辐射传播方向(SAR)延伸。


4.根据以上权利要求中任一项所述的光学移相器(1)，其中，所述第一区域(5)与所述第二区域(6)中的至少一个沿着垂直于所述辐射传播方向(SAR)的方向重叠，和/或，其中，所述第一区域(5)沿着与所述辐射传播方向(SAR)垂直的方向邻接所述第二区域(6)中的至少一个。


5.根据权利要求1至3中任一项所述的光学移相器(1)，其中，在所述第一区...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·N·卡斯佩斯，M·阿舒尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE