高速半导体光调制器制造技术

本发明专利技术提供了一种光波导调制器。在一个实施例中，光波导调制器包括：半导体平面光波导芯；以及掺杂半导体连接路径，与芯的相对侧相邻并能够在芯两端施加电压。光波导芯和连接路径形成具有背对背ＰＮ半导体结的结构。在另一实施例中，光波导调制器包括：包括脊形部分在内的半导体光波导芯，其中，有至少一个ＰＮ半导体结位于脊形部分中。光波导调制器还包括：一个或多个掺杂半导体连接路径，横向邻近脊形部分并能够向脊形部分施加电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及通信系统，更具体地，涉及一种光波导调制器 和一种操作光波导的方法。
技术介绍
当前基于硅(基于Si)的COMS兼容电光调制器一般地具有被限 制在至多几千兆(GHz)的响应带宽(即，3dB带宽)。传统器件还具 有不均匀的响应，其中，将器件激活所需的时间与将器件去激活所需 的时间非常不同。这些器件传统上依赖于注入光波导中以产生高效光 折射率变化的载流子。这需要向器件施加偏压，其中产生DC功耗。因为载流子必须穿过在器件的欧姆接触之间的整个距离以便将 器件激活和去激活，所以这些器件的响应速度也是有限的。由于在正 向偏压的状态下，器件的响应速度受到跨过器件本征区的载流子的扩 散速度的限制，所以会发生这种情况。此外，现有器件具有严格的带 宽限制，并且产生与它们的光折射率的变化相对应的相对大的光损耗。因此，本领域中所需要的是一种克服现有技术的某些限制的增强 设计。
技术实现思路
为了解决现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了一种光波导调制器。在一个实施例中，光波导调制器包括半导体平面光波导芯；以及位于与芯的相对侧相邻的位置并能够在芯的两端施加电压的掺杂半导体连接路径，其中，光波导芯和连接路径形成具有背对背PN半导体 结的结构。在另一实施例中，光波导调制器包括包括脊形部分在内的半导体光波导芯，其中，有至少一个PN半导体结位于该脊形部分中。光波导调制器还包括位于与脊形部分横向相邻的位置并能够向脊形部分施加电压的一个或多个掺杂半导体连接路径。另一方面，本专利技术提供了一种操作半导体平面光波导的方法。该 方法包括将光信号发送至波导的半导体光波导芯中。该方法还包括: 对在芯的宽度或高度两端施加的电压进行调制，使得当信号沿着芯传 播时，对与背对背PN半导体结相邻的载流子密度进行调制，其中，每 个PN半导体结的一部分位于芯中。上述己概述了本专利技术的优选和可选特征，使得本领域技术人员可 以更好地理解以下对本专利技术的详细描述。下文将描述本专利技术的附加特 征，这些附加特征构成了本专利技术权利要求的主题。本领域的技术人员 应当理解，本领域技术人员可以容易地使用所公开的构思和特定实施例，作为对用于实现与本专利技术相同的目的的其他结构进行设计或修改 的基础。本领域的技术人员还应当意识到，这样的等同结构没有背离 本专利技术的精神和范围。附图说明为了更完整地理解本专利技术，现在结合附图参照以下描述，在附图中图l示出了根据本专利技术原理构造的光波导调制器的示意图2A是根据本专利技术原理构造的光波导调制器的实施例的截面图， 其中，图中示出了在没有施加电压的情况下模拟的空穴载流子分布；图2B是描述了图2A的光波导调制器200的等效电路的图2C提供了针对不同的施加电压示出在图2A的光波导芯205中模 拟调制空穴电荷浓度的截面图3A是根据本专利技术原理构造的半导体光波导调制器的备选实施 例的截面图3B是根据本专利技术原理构造的半导体光波导调制器的另一实施 例的截面图4A提供了光波导调制器的备选实施例的截面图，其中，图A和 图B示出了在没有施加电压的情况下模拟空穴和电子载流子在光芯中 的分布；图4B提供了图4A的调制器的附加截面图，该附加截面图针对不同 的施加电压示出了对于调制后的电荷载流子在光波导芯405中的分布 的模拟；图5是根据本专利技术原理构造的半导体光波导调制器的实施例的截 面图；以及图6是根据本专利技术原理执行的、操作光波导的方法的流程图。 具体实施例方式这里，可以通过传统微制造方法根据不同的半导体(例如，硅或 复合半导体)制造不同的半导体结构。这里，可以利用一个或多个顶部光学覆盖层(例如石英玻璃层) 来覆盖不同的光波导芯。这里，电极可以是通过传统微制造方法由金属和或重掺杂半导体 (例如，掺杂多晶硅)来制成的。这里，在所描述的半导体结构中，正和负电荷载流子的最大引用 浓度提供相应的p型和n型掺杂物的浓度的下限。具体地，本专利技术的实施例非常适于通信系统或子系统的高速、高 度集成、节约成本、大规模的应用。这种设计的COMS兼容性使其适 于大量制造。在器件响应时间和非线性响应方面的显著改进使其适用 于高比特率数字通信领域。波导的非线性响应还可以用于提高模拟传 输应用的调制器线性度。首先参照图l，图l示出了根据本专利技术原理构造的、 一般由100表 示的光波导调制器的示意图。光波导调制器100包括半导体光波导芯 105以及分别与第一和第二电极120、125接触的第一和第二导电连接路 径IIO、 115，即，重掺杂半导体路径。半导体光波导芯被配置为基于 芯内的场激活区对穿过芯的光信号进行调制。芯提供场激活区，其中， 所施加的电调制信号可以改变芯的折射率。所述电调制信号施加在第 一和第二电极120、 125之间。由于电荷载流子仅需要穿过跨过欧姆接触之间的距离的部分路 径，所以本专利技术实施例的响应时间明显比现有技术快。由于电荷迁移主要是场辅助的而并非必须依赖于载流子扩散，因此发生这种改进。 此外，根据新设计的实施例不需要DC功耗，从而提供优于当前设计的 功耗改进。可以将本专利技术的实施例构造为仅采用作为载流子的空穴而不是 电子和空穴的组合来实现光调制。仅采用空穴可以显著地降低与波导 中光折射率的变化相关联的光损耗。由于实施例可以采用物理对称并 且电荷基本上不会混合，因此避免了电屏蔽问题，从而允许电荷移动成为场致的。此外，半导体光波导调制器ioo的电光响应明显比传统方法更加非线性。对于数字应用，由于发送器或系统带宽限制，半导体光波导 调制器100的响应的非线性可以用来减轻信号劣化。对于模拟应用，非 线性可以用来消除调制器非线性，从而产生更加线性化的调制器响应。例如，该特征可以用来抵消从Mach-Zehnder调制器、环形谐振腔调制 器或二者组合的本征响应得到的本征非线性调制器结构。半导体光波导芯105可以掺杂一种类型的物质(施主或受主掺杂 剂)。此外，可以在掺杂有例如相对类型物质(分别是受主或施主掺杂 剂)的脊形波导附近构造欧姆接触。当没有向器件施加偏压时，这种 结构在光波导芯105中提供可测量的电荷载流子。然后可以通过第一和第二电极120、 125来施加偏压，来对波导内 电荷载流子的分布进行调制，这调制了器件的光学特性。这是可以在 最小的AC功耗和没有DC功耗的情况下实现的。波导光学特性的调制然后可以用来对波导中光的光强或相位进行调制。现在转向图2A，图2A示出了根据本专利技术原理构造的、 一般由200表示的半导体光波导调制器的实施例的截面图。该截面图表示了可以 通过如图1所示的光波导调制器100中心的截面。光波导调制器200包括 半导体光波导芯205，半导体光波导芯205具有脊形区域以及与芯205 的相对侧相邻的第一和第二重掺杂半导体连接路径210、 215。调制器 200还包括与相应的第一和第二重掺杂半导体连接路径210、215接触的 第一和第二电极220、 225。在所示的实施例中，如所示的，半导体光波导芯205包括背对背PN半导体结206、 207，位于与光波导芯205的相对侧接近的位置。 一般地，背对背PN半导体结可以位于光波导芯205中更为中心的位置， 或者甚至不对称地位于光波导芯205中，这可以被认为有利于所采用的 特定极性或电荷浓度。背对背PN半导体结206、 207被配置为提供与所 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：　半导体平面光波导芯；　掺杂半导体连接路径，位于与芯的相对侧相邻的位置并能够在芯的两端施加电压；　其中，光波导芯和连接路径形成具有背对背ＰＮ半导体结的结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯M吉尔，克里斯托弗DW琼斯，桑贾伊尚蒂拉尔帕特尔，马哈茂德拉斯拉斯，尼尔斯京特魏曼，
申请(专利权)人：朗讯科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]