CN104885003B - 光波导元件以及光调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明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。

Description

光波导元件以及光调制器
技术领域
本发明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。
背景技术
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-YangLiow,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”,OpticsExpress,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。
发明内容
据此，本发明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。
本发明的第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。
本发明的第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。
本发明的第三方式在第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。
本发明的第四方式在第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。
本发明的第五方式在第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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明的第十方式在第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。
本发明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。
根据上述本发明的方式，能够提供一种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。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的光波导元件的脊形波导的一个例子的剖视图。
图2是表示本发明的一个实施方式的矩形波导与脊形波导之间的过渡区域的一个例子的立体图。
图3A是表示本发明的一个实施方式的由多模干涉仪构成的1×2光分支部的一个例子的俯视图。
图3B是表示本发明的一个实施方式的由多模干涉仪构成的1×2光分支部的一个例子的立体图。
图4是表示本发明的一个实施方式的马赫-曾德尔型波导的一个例子的俯视图。
图5是分别表示基本模式(N＝1)以及高次模式(N＝2)相对于脊部的宽度的模式计算的结果的一个例子的图。
图6是表示基本模式(N＝1)的模式电场分布的一个例子的图。
图7是表示高次模式(N＝2)的模式电场分布的一个例子的图。
图8是表示沿着用图6的箭头R表示的面的基本模式(N＝1)的电场轮廓的一个例子的图。
图9是表示沿着用图7的箭头R表示的面的高次模式(N＝2)的电场轮廓的一个例子的图。
具体实施方式
以下，基于优选的实施方式并参照附图对本发明进行说明。
图1示出本发明的光波导元件的脊形波导的剖面构造的示意图。在图1的下部示出电极10、11之间的等效电路。
光波导的芯层12具有脊部22、以及分别连接于脊部22的两侧的一对平板部23、24。脊部22的厚度trib比平板部23、24的厚度tslab大。在此，平板部23、24连接于脊部22的下部侧面(两侧)，并构成为与下部覆盖部2面对的脊部22的下表面和与下部覆盖部2面对的平板部23、24的下表面形成同一面。
在芯层12的周围设置有上部覆盖部7以及下部覆盖部2。这些覆盖部由折射率比芯层12低的材料构成。在芯层12由硅(Si)等高折射率的半导体材料构成的情况下，覆盖部能够由二氧化硅(SiO2)、硅氮化物等构成。覆盖部也能够由电绝缘材料构成。
另外，基板1可以是半导体基板，也可以是绝缘体基板，但在利用SOI(Silicon-on-insulator)晶片的情况下，能够由硅基板、埋入氧化物(BOX)层以及SOI层分别构成基板1、下部覆盖部2、芯层12。在该情况下，基板1可以为未掺杂硅，芯层12的硅如后述那样被掺杂。
下部覆盖部2例如只要具有大约2μm或者足够的厚度即可。上部覆盖部7例如能够通过CVD(化学气相沉淀法)等制造方法来合成二氧化硅(SiO2)等化合物，并以1～2μm等的厚度堆积于脊部22以及平板部23、24的上方而形成。
在芯层12存在构成PN二极管的P型半导体部3以及N型半导体部4。在P型半导体部3以及N型半导体部4的边界，形成具有电容C(参照图1的等效电路)的PN结13。P型半导体部3由含有P型掺杂剂的半导体材料构成，N型半导体部4由含有N型掺杂剂的半导体材料构成。
在P型半导体部3的与PN结13相反一侧的端部，连接有P型导体部5。同样，在N型半导体部4的与PN结13相反一侧的端部，连接有N型导体部6。P型导体部5由含有比P型半导体部3的浓度高的P型掺杂剂的半导体材料构成，N型导体部6由含有比N型半导体部4的浓度高的N型掺杂剂的半导体材料构成。
构成P型导体部5以及N型导体部6的半导体材料，优选使用与P型半导体部3以及N型半导体部4相同的半导体材料。另外，P型掺杂剂以及N型掺杂剂也优选使用与半导体部以及导体部相同的材料。
作为半导体材料，例如，可列举硅(Si)、锗(Ge)、硅·锗(SiGe)等IV族半导体、AlN、GaP、GaAs、InP等III-V族半导体、ZnO、ZnS、ZnSe、CdTe等II-VI族半导体。优选IV族半导体，例如能够使用硅(Si)。
在为IV族半导体的情况下，作为P型掺杂剂，可列举硼(B)等III族元素。作为形成P型半导体部3以及P型导体部5的方法，可列举通过离子注入等在构成芯层12的半导体材料层添加P型掺杂剂的方法。
另外，作为IV族半导体的N型掺杂剂，可列举磷(P)、砷(As)等V族元素。作为形成N型半导体部4以及N型导体部6的方法可列举通过离子注入等在构成芯层12的半导体材料层添加N型掺杂剂的方法。
脊部22具有P型半导体部3a以及N型半导体部4a，这些脊部22内的P型半导体部3a以及N型半导体部4a形成PN结13。
作为一对平板部的一方的第1平板部23，具有相互连接的P型半导体部3b以及P型导体部5，第1平板部23的P型半导体部3b与脊部22的P型半导体部3a相互连接，形成一体的P型半导体部3。
另外，作为一对平板部的另一方的第2平板部24，具有相互连接的N型半导体部4b以及N型导体部6，第2平板部24的N型半导体部4b与脊部22的N型半导体部4a相互连接，形成一体的N型半导体部4。
P型导体部5以及N型导体部6为了对构成PN二极管的P型半导体部3以及N型半导体部4施加电压，而分别与电极10、11电连接。
在图1表示的例子中，电极10、11形成于覆盖脊部22以及平板部23、24(即芯层12)的上部的上部覆盖部7的上表面。电极10、11与P型导体部5以及N型导体部6之间由将上部覆盖部7贯通的连接导体部8、9电连接。
连接导体部8、9以及电极10、11能够通过电镀、蒸镀等使金属等导体堆积而形成。例如，向通过光刻等形成于上部覆盖部7的开口部填充导体，从而形成连接导体部8、9，进而在上部覆盖部7的上表面层叠导体，由此形成电极10、11。
在图1表示的例子中，连接导体部8、9以及电极10、11连接于P型导体部5以及N型导体部6各自的上表面5a、6a。
对连接于P型导体部5的电极10与连接于N型导体部6的电极11之间，施加恒定的反向偏置电压，同时使仅包含交流成分的电信号向任一电极传播，从而能够进行光调制。用于调制的电信号优选不包含直流成分，而仅包含正负振动的交流成分。为了进行高速动作，优选使用例如1GHz至20GHz等高频信号作为电信号。
P型导体部5以及N型导体部6以降低作为阻碍高速动作的重要因素的电阻的方式被掺杂为高浓度。例如，P型半导体部3以及N型半导体部4的掺杂剂浓度大约为1018cm-3，与此相对，P型导体部5以及N型导体部6的掺杂剂浓度大约为1020cm-3。P型导体部5以及N型导体部6分别具有大致相等的值的电阻R以及电感L(参照图1的等效电路)。
如上所述，在使用硅等半导体材料的波导中，例如因在利用光刻而形成波导图案时能够产生的、波导芯层的侧壁粗糙度(Roughness)而产生的光散射是波导的光损失较大的重要因素。为了降低由侧壁粗糙度导致的光损失，优选扩展芯层宽度，从而使芯层侧壁的位置远离波导的基本模式的中心。
在脊形波导的情况下，脊部22为传播基本模式的芯层12的主要部分。因此脊部22的宽度wrib较宽者能够降低波导的光损失。例如，脊宽wrib优选为500～600nm。
表1示出具有硅芯层的脊形波导相对于脊宽的光损失。
[表1]
脊宽 400nm 500nm 600nm
C频段处的光损失 1.07±0.15dB/cm 0.74±0.32dB/cm 0.57±0.24dB/cm
L频段处的光损失 0.84±0.14dB/cm 0.71±0.32dB/cm 0.55±0.25dB/cm
然而，若扩展脊宽wrib，则在波导芯层的脊部22更加显著地局部存在高次模式。即，脊部22具有能够传播特定的处于偏振光状态的基本模式以及高次模式的剖面尺寸。在基板型光波导存在相对于基板1、平板部23、24等水平的TE成分和垂直的TM成分，但通常有助于波导的是TE成分，无助于波导模式的是TM成分。这是因为TM成分的基本模式的有效折射率比TE成分的高次模式(例如N＝2模式)的有效折射率低。
作为一个例子，图5示出基本模式(N＝1)以及高次模式(N＝2)相对于几个脊宽的模式计算的结果(强度分布轮廓)。波长为1550nm，偏振光为TE成分。将芯层的硅的折射率设为3.5，将覆盖部的二氧化硅的折射率设为1.45，脊部距芯层底面的厚度trib为220nm，侧面的平板部的厚度tslab为95nm。
在脊宽为400nm中，N＝2的高次模式局部存在于平板侧，因此脊形波导为单模波导，但根据表1可知光损失较高。脊宽越大，光损失越小，但具有高次模式局部存在于脊部中央的趋势。在将脊宽增大至最大700nm并实施同样的模式计算后，确认了比N＝2高的次数的TE成分的模式不在脊形波导传播。
以下，“基本模式”是指TE成分的N＝1模式，“高次模式”是指TE成分的N＝2模式。
因此，在本实施方式的光波导元件中，为了避免因高次模式的传播导致的消光比、Q值等降低，设置不使基本模式衰减而使高次模式衰减的部件。由此，在芯层剖面的尺寸中，是能够传播高次模式的多模波导，但实际上能够构成作为单模波导发挥功能的光波导。
具体而言，在平板部23、24设置P型导体部5以及N型导体部6。在现有技术中，存在为了使平板部与电极的电连接良好，而在平板部与电极的连接部的周边设置掺杂剂浓度高的区域的例子(例如参照专利文献2)。在本发明中，将P型导体部5以及N型导体部6的形成范围设置于延伸到脊部22的附近且能够传播高次模式的区域。
在P型导体部5以及N型导体部6中，各个空穴以及电子作为载流子而分别以高密度分布，因此因吸收自由载流子而产生光的衰减。吸收自由载流子的光吸收系数，公知是与载流子密度成比例地增大。
如上所述，高次模式在平板部23、24中也扩展，因此在P型导体部5以及N型导体部6处的衰减相对于高次模式显著地产生。由此，能够使高次模式选择性地衰减。因此基于本发明的脊形波导，能够通过扩展脊宽而减少由侧壁粗糙度导致的光损失的影响，并且实现作为仅传播基本模式的单模波导的透过损失。因此能够避免调制的特性变差(例如强度调制的消光比降低、相位调制的Q值降低等)。
吸收自由载流子引起折射率的变化。这通常是在等离子体分散(plasmadispersion)等的名称中公知的现象。在使用了硅波导的光调制器中，通过等离子体分散，能够利用高频电信号使载流子密度变化，从而高速地对波导的有效折射率进行调制。
在本实施方式的光波导元件中，若施加高频信号，则载流子密度在波导芯层12的位于脊部22的PN结13的周边变化。由此，能够高速地对波导的有效折射率进行调制。另一方面，由于P型导体部5以及N型导体部6的电阻R较小，从而在P型导体部5以及N型导体部6的电压下降较小，因而能够忽略P型导体部5以及N型导体部6的载流子密度变化。因此即便在施加高频电信号时，也不存在时间方面的变动，从而能够进行高次模式的衰减。
根据脊宽wrib，能够使P型导体部5与N型导体部6的间隔wPN最佳化。例如以光损失尽可能地减小，并且调制的特性(例如强度调制的消光比、相位调制的Q值等)尽可能地提高的方式，来调节间隔wPN。若例示一个顺序，则构成强度调制器或相位调制器，以因子IER/Iloss以及IER/IQ成为最大的方式来调节间隔wPN，从而能够使间隔wPN最佳化。在此，IER、Iloss以及IQ分别表示以dB为单位的消光比、Q值、光损失。
作为具体例，相对于500～600nm的脊宽wrib，能够将P型导体部5与N型导体部6的间隔wPN设为大约2μm(2000nm)。例如，也可以将间隔wPN设为脊宽wrib的2～5倍左右。脊宽方向(横向)的间隔wPN的中点大致位于脊部22的中央。为了抑制高次模式的激发，优选PN结13也大致存在于脊部22的中央。这是因为高次模式的电场轮廓在横向上为非对称，因此PN结13的位置越从脊部22的中央偏离而成为在横向上非对称，高次模式的激发变得越容易。
在图1的例子中，PN结13形成为从芯层的底面大致垂直。虽然也考虑使PN结相对于芯层的底面倾斜、或与芯层的底面平行，但如图1所示优选构成横向的PN二极管。
另外，为了抑制高次模式的激发，P型导体部5以及N型导体部6的掺杂密度(掺杂剂浓度)的分布优选为大致一样。这是因为若掺杂密度不均匀，则在施加了高速的电信号的情况下，因在平板部23、24处的强度调制而激发高次模式，从而导致消光比、Q值等的特性变差。
在波导的制作过程中，因制作精度的制约而存在错位，因此存在±10nm级的误差。另外，在各层的膜厚控制过程中，存在±数十nm级的误差。为了对波导的特性进行评价，优选以相同的规格准备多个波导，求出平均值和标准偏差。另外，在本说明书的叙述中，对于波导的尺寸以及特性，省略误差的记载，但优选考虑制作误差等误差。
例如，所谓“PN结在横向存在于脊部的中央”，在PN结的位置、脊部两侧的侧壁各自存在制作误差，在P型半导体部以及N型半导体部的掺杂剂的添加范围也存在误差。另外，在脊部两侧的侧壁也存在粗糙度(Roughness)，因此优选在长边方向的恒定的区间等基准的基础上，在平均的位置，在与误差相同程度，例如误差的一倍至三倍左右的范围内满足条件。另外，关于“wPN的中点在横向上存在于脊部的中央”，也优选在成为wPN的两端的P型或者N型的导体部与半导体部的边界的位置以及脊部两侧的侧壁的位置分别存在误差，从而同样将误差列入考虑范围。
(电场轮廓的计算例)
在图6～图9中示出根据模式计算而求出硅波导的电场轮廓的结果的一个例子。
在硅波导的情况下，芯层为Si、覆盖部为SiO2。芯层以及覆盖部的材料折射率分别为3.5以及1.45。在该情况下，芯层与覆盖部的折射率差较大，呈高对比度。在图6以及图7中用等高线示出Wrib＝500nm的基本模式(N＝1)以及高次模式(N＝2)的模式电场的分布。另外，在图8以及图9中示出沿着平板部的厚度方向的大致中间的高度(在图6以及图7的等高线上用箭头R表示。)的水平线上的电场轮廓。横轴为波导上的位置，纵轴为以各个轮廓的电场的最大值规格化的电场来表示。另外，在图8以及图9中，将Wrib＝500nm、550nm、600nm、650nm、700nm处的电场轮廓重叠地表示。
在基本模式(图8)中，电场轮廓相对于不同的Wrib几乎不变化。另一方面，在高次模式(图9)中，表示电场轮廓大幅度地变化，且随着Wrib扩大而更加显著地局部存在于脊部中央的趋势。在脊部的水平方向上的中心点位于横轴的2.35μm。为了使高次模式衰减的效果更加显著，需要使WPN随着Wrib扩大而缩窄。为了将基本模式的强度衰减抑制为1％以下，WPN的最小值在Wrib＝500nm中为1500nm，在Wrib＝600nm中为2000nm。为了避免由与PN结串联的电阻增加导致的动作速度的降低，WPN优选为2500nm以下。在Wrib＝600nm中，即使WPN比2500nm大，也能够获得高次模式衰减的效果，但考虑高速动作的提高，也可以将最小值设为2000nm。Wrib较大者抑制基本模式的强度衰减变得容易。在Wrib为500nm至600nm的期间，Wrib的最小值能够近似为呈线形变化。
为了进行比较，对化合物半导体波导的情况同样进行了计算。在InGaAsP/InP系化合物半导体材料中，能够实现将芯层设为In1-xGaxAsyP1-y(在此，x＝0.33，y＝0.72)，将覆盖部设为InP的组合。在该组合中，不存在芯层与覆盖部之间的网格不整合，从而能够去除变形的影响，因此能够将覆盖部厚度设为500nm以上，来确保波导光向芯层的截留。芯层以及覆盖部的材料折射率分别为3.45以及3.18。与Si系或SiO2系进行比较，折射率对比度较低。折射率对比度与硅系相比较较低，因而高次模式的强度中心表示局部存在于平板侧直至Wrib＝1100nm左右的趋势。因此高次模式不成为传播模式，从而不需要使高次模式衰减。若Wrib比1100nm大，则高次模式的强度中心局部存在于脊部而成为传播模式。但由于显著地局部存在于脊部内，因此侧面平板的高掺杂区域的强度衰减的影响非常小，从而非有效。另外，Wrib以外的尺寸与硅波导的情况相同。即便是GaAs系或GaAlAs系化合物半导体，也为同样的结果。
因此在本实施方式的光波导元件中，基于高次模式衰减的性能提高的效果相对于高折射率对比度波导而言显著。特别是相对于硅系波导(Si芯层、SiO2覆盖部)发挥效果。另外，同样地即便在芯层与覆盖部的折射率差(或者折射率比)较大的波导中，本实施方式也被考虑为有效。
(光调制器)
对能够利用于10Gbps以上的高速的强度调制器以及相位调制器的光波导进行详细地说明。如图1的等效电路那样，在电气方面，脊形波导成为LRC串联共振电路，因此需要避免由LRC共振导致的高速性能变差。因此对PN结施加恒定的反向偏置电压，减少电容C而增大LRC共振频率，从而能够进行高速动作。例如，若施加大约1V以上的恒定的反向偏置电压，则能够使LRC共振频率增大至大约20GHz以上。若将反向偏置电压设为5V左右，则能够使LRC共振频率增大至大约35GHz以上，从而能够作为100Gpbs的数字相干传送的相位调制器来利用。同时，由于电容减少，因此消除零偏置时40Ω以下的低阻抗状态，从而能够使波导的阻抗增加至50Ω以上。由此通常能够进行具有50Ω的阻抗的高速电路与波导的阻抗整合。
在波导长为3mm以上的情况下，若通过具有输出阻抗50Ω的电信号产生器使仅由交流成分构成的高速电信号(输出功率500～750mW)沿着连接于P型导体部的电极、或连接于N型导体部的电极中任一方的电极传播(另一方的电极接地)，则能够将相位调制振幅设为π以上，从而能够进行较高的消光比的强度调制、较高的Q值的相位调制。高速电信号的输出功率根据波长来调节。为了避免光损失的增大、高速电信号的波形变差，波导长优选为6mm左右或6mm以下。
如上所述，为了降低光损失，脊宽wrib需要为500nm以上。若wrib超过600nm，则高次模式更加显著地局部存在于脊部，因此P型导体部以及N型导体部的高次模式的衰减变得不充分，从而消光比、Q值降低。因此脊宽wrib优选处于大致500～600nm以上的范围内。
(矩形波导)
为了使用图1表示的脊形波导来构成光调制器等的光集成电路，优选将脊形波导与矩形波导连接。图2示意性地示出与矩形波导连接的脊形波导的立体图。图2表示的矩形波导21(图2的A)具有与脊形波导(图2的C)的脊部22相同的宽度以及厚度(参照图1的wrib以及trib)。在从矩形波导向脊形波导过渡的区域(图2的B)中，平板部23、24的宽度具有从零连续地变化的部分25。在过渡区域中，一对平板部23、24的宽度优选为沿着光的传播方向以线形、或二次函数变化。在以线形变化的情况下，设计较为容易。为了进一步降低光损失，优选使平板部23、24的宽度以二次函数变化。
过渡区域B的长度优选为比光的波长充分地长，虽不做特别地限定，但例如可列举20μm左右。
为了降低由侧壁粗糙度导致的光损失，矩形波导与脊形波导同样优选具有能够传播高次模式的剖面尺寸。因此将矩形波导的宽度设为与脊宽相同。所以即使在矩形波导中也传播高次模式，但在矩形波导传播的高次模式根据上述的原理，在脊形波导中能够衰减。由此与由单模波导构成的光集成电路相比，虽然是低损失，但在消光比等功能中，能够构成具有与由单模波导构成的光集成电路同等性能的光集成电路。
矩形波导能够与宽度朝向端面(或者前端)逐渐变窄的倒锥形波导连接。在该情况下，倒锥形波导的宽度较宽的一侧的端部与矩形波导连接，倒锥形波导的宽度从连接于矩形波导的一侧朝向前端变窄。在倒锥形波导与矩形波导连接的端部中，两个波导的宽度也可以一致。在将基板上的波导与光纤进行光耦合的情况下，将倒锥形波导的宽度窄的前端朝向光纤配置。光耦合的对象不限定于光纤，在将模场直径(MFD)小的硅芯层的波导与模场直径大的光纤等其他波导进行光耦合的情况下，优选在硅波导的前端设置倒锥形波导。矩形波导、倒锥形波导能够与脊形波导同样由硅等半导体材料构成。在矩形波导、倒锥形波导中，也可以不进行P型或N型的掺杂。
若使用倒锥形波导，则在将光纤与矩形波导进行光耦合时，减少两者的端面之间的模式不整合，从而能够减少光耦合的损失。若减少模式不整合，则能够减少高次模式的产生，但无法完全去除。在构成光集成电路的情况下，模式不整合成为高次模式产生的主要因素。为了使高次模式衰减，采用本实施方式的脊形波导很有效。
另外，倒锥形波导是使芯层尺寸逐渐缩窄从而放大模场的光斑尺寸变换的构造的一个例子。芯层的尺寸放大的朝向与模场的尺寸放大的朝向相反，因此被称为“倒锥形”。
脊形波导以及矩形波导的厚度为亚微米级，因而倒锥形波导的前端部的宽度以及端面均极微小。因此在倒锥形波导的端面附近，能够将倒锥形波导的端面相对于高折射率芯层的截面积入射的光的反射率抑制至大约-30dB。其结果，能够构成不仅光损失低、消光比高，而且回波损耗也高的(反射损失较少)光集成电路。
(马赫-曾德尔型波导)
本实施方式的光波导元件也能够构成作为光分支、合波部而使用了1×2的多模干涉仪(MMI)的马赫-曾德尔型波导。在图3A、图3B中示出1×2MMI的示意图。图3A是俯视图，图3B是立体图。在MMI30中，在一侧连接有一条矩形波导(附图标记31)，在相反的一侧连接有两条矩形波导32、33。矩形波导31、32、33的宽度优选与脊形波导的脊宽相同。作为具体例，例示出相对于脊宽600nm，将矩形波导31、32、33的宽度设为600nm，将矩形波导32、33的间隔设为300nm，将MMI的宽度设为1700nm，将MMI的长度设为2400nm的情况。在该情况下，从矩形波导32、33至MMI30的长边的间隔，在计算上能够确保100nm。
1×2MMI具有能够比Y字型的光分支、合波部的光损失降低的优点，另一方面，高次模式不是放射模式而成为传播模式，因此消光比降低。在本实施方式的光波导元件中，能够通过脊形光波导来去除入射至1×2MMI的高次模式，因此能够消除消光比的降低。
图4示出马赫-曾德尔型波导的示意图。马赫-曾德尔型波导34在两个MMI30A、30B之间设置有两条臂部35、36，臂部35、36是在图1表示的平板部23、24具有P型导体部5以及N型导体部6(参照图1)的脊形波导的结构。各臂部35、36与MMI30A、30B的分支侧的波导32A、33A、32B、33B之间，由与脊部22相同宽度的矩形波导21连接。在MMI30A的入射侧的波导31A以及MMI30B的出射侧的波导31B的前端，也能够设置上述的倒锥形波导(未图示)。
从左侧的波导31A入射至MMI30A的光，被右侧的两条波导32A、33A分支，从而在马赫-曾德尔型波导34的臂部35、36传播。在倒锥形波导、MMI等产生的高次模式，在臂部35、36传播的期间被衰减而消失。从两个臂部35、36向合波侧的MMI30B从左侧入射的仅能够为基本模式。因此通过向脊形波导输入高速电信号，从而能够将以较高的消光比进行了光调制的信号光，从合波侧的MMI30B的右侧的波导31B输出。由此能够构成适于光损失低且消光比高的光调制器的马赫-曾德尔型波导。若使用马赫-曾德尔型波导，则能够对光信号的线性调频进行控制，从而能够构成适于长距离传送的高速光调制器。
以上，虽然基于优选的实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述的实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改变。
例如，使用了上述马赫-曾德尔型波导的光调制器是使用了本发明的光波导元件的光集成电路的一个例子。将马赫-曾德尔型波导连接为多层、并列设置多个马赫-曾德尔型波导、使用N为3以上的1×N的光分支、合波部(例如MMI)，能够构成多端口光开关等的光集成电路。
在马赫-曾德尔型波导中，两个臂部的脊形波导的设置P型导体部以及N型导体部的朝向(极性)不做特别地限定，也可以为以下的任一个。
(1)“P型-脊部-N型-臂之间的空间-P型-脊部-N型”
(2)“P型-脊部-N型-臂之间的空间-N型-脊部-P型”
(3)“N型-脊部-P型-臂之间的空间-P型-脊部-N型”
(4)“N型-脊部-P型-臂之间的空间-N型-脊部-P型”
在将P型导体部以及N型导体部与电极之间进行连接的情况下，也能够将P型导体部以及N型导体部的侧面或者下表面连接于电极。
在光集成电路的基板的面内设置光源或者受光器，从而也能够与具有本发明的脊形波导的波导连接。
相对于光波导元件入射光，或者从光波导元件出射光的端部，不限定于图2的矩形波导21或图4的波导31A、31B的端部，而优选连接宽度朝向前端变窄的倒锥形波导。
实施例
以下，根据实施例对本发明进行具体地说明。
在图1表示的结构中，使用了SOI晶片作为基板1、下部覆盖部2以及芯层12的材料。将由厚度2μm的二氧化硅构成的BOX层设为下部覆盖部2，通过离子注入对由其上方的硅构成的SOI层添加P型以及N型的掺杂剂，从而形成了P型半导体部3、N型半导体部4、P型导体部5、N型导体部6。另外，通过蚀刻去除芯层12的一部分，从而形成了脊部22与平板部23、24。脊宽wrib为500～600nm，脊厚trib为220nm，平板厚度tslab为95nm，P型导体部5以及N型导体部6的间隔wPN为约2μm。通过CVD等，使由二氧化硅构成的上部覆盖部7以1～2μm左右的厚度堆积。另外，向形成于上部覆盖部7的贯通孔填充金属，而形成与P型导体部5以及N型导体部6的上表面5a、6a连通的连接导体部8、9，进而在上部覆盖部7的上表面形成了金属的电极10、11。脊形波导的长度为3～6mm左右。
对电极10、11施加1～5V左右的反向偏置电压，同时向任一个电极(Signal电极)传播仅包含交流成分的高频信号，使另一方的电极(GND)接地，从而构成了能够适当地利用于10～100Gbps的光纤传送的光调制器。
附图标记说明：A…矩形波导；B…过渡区域；C…脊形波导；1…基板；2…下部覆盖部；3…P型半导体部；4…N型半导体部；5…P型导体部；6…N型导体部；7…上部覆盖部；8、9…连接导体部；10、11…电极；12…芯层(半导体材料层)；13…PN结；20…光波导元件；21…矩形波导；22…脊部；23…第1平板部；24…第2平板部；25…过渡区域的平板部；30、30A、30B…1×2光分支部(MMI)；34…马赫-曾德尔型波导；35、36…臂部。

Claims (11)

1.一种光波导元件，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，并贯通所述上部覆盖部。
4.根据权利要求1或2所述的光波导元件，其特征在于，
所述脊形波导的所述脊部的宽度为500～600nm。
5.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：
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；和
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。
6.根据权利要求5所述的光波导元件，其特征在于，
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。
7.根据权利要求5所述的光波导元件，其特征在于，
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。
8.根据权利要求5所述的光波导元件，其特征在于，
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。
9.根据权利要求5所述的光波导元件，其特征在于，
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。
10.根据权利要求1或2所述的光波导元件，其特征在于，
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。
11.一种光调制器，其特征在于，
具备权利要求1～10中任一项所述的光波导元件，
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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2564158B (en) 2017-07-05 2019-12-18 Rockley Photonics Ltd Optoelectronic device
US10222677B2 (en) 2014-02-24 2019-03-05 Rockley Photonics Limited Optoelectronic device
US10216016B2 (en) * 2014-07-25 2019-02-26 Cornell University Linear optical phase modulators
CN105474078B (zh) * 2014-07-31 2019-03-08 华为技术有限公司 电吸收调制器
EP3203282B1 (en) * 2014-10-02 2022-01-26 Nec Corporation Rib type optical waveguide and optical multiplexer/demultiplexer using same
FR3029301B1 (fr) * 2014-12-01 2017-01-06 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'un guide d'onde incluant une jonction semiconductrice
JP6494297B2 (ja) * 2015-01-20 2019-04-03 富士通株式会社 光デバイス
US10678115B2 (en) 2015-03-05 2020-06-09 Rockley Photonics Limited Waveguide modulator structures
US10216059B2 (en) * 2015-03-05 2019-02-26 Rockley Photonics Limited Waveguide modulator structures
US10921616B2 (en) 2016-11-23 2021-02-16 Rockley Photonics Limited Optoelectronic device
GB2552618B (en) * 2015-03-05 2021-07-28 Rockley Photonics Ltd Waveguide modulator structures
US11150494B2 (en) 2015-03-05 2021-10-19 Rockley Photonics Limited Waveguide modulator structures
WO2016179869A1 (zh) * 2015-05-08 2016-11-17 华为技术有限公司 一种锥形波导及硅基芯片
CN107615140B (zh) 2015-06-02 2021-07-16 日本电信电话株式会社 半导体光调制元件
JP6062496B1 (ja) * 2015-06-26 2017-01-18 株式会社フジクラ 光導波路素子
JP6368289B2 (ja) * 2015-08-28 2018-08-01 日本電信電話株式会社 光変調器のｐｎ接合位置測定方法
JP2017045012A (ja) * 2015-08-28 2017-03-02 日本電信電話株式会社 光変調器
JP2017072807A (ja) * 2015-10-09 2017-04-13 株式会社フジクラ 半導体光導波路、半導体光変調器、及び半導体光変調システム
JP2017090575A (ja) * 2015-11-05 2017-05-25 株式会社フジクラ 光合分波素子及び光変調器
US10502895B2 (en) * 2016-01-06 2019-12-10 Elenion Technologies, Llc Integrated on-chip polarizer
US9810840B2 (en) * 2016-01-06 2017-11-07 Elenion Technologies Llc Integrated on-chip polarizer
US9915849B2 (en) * 2016-02-08 2018-03-13 Mitsubishi Electric Corporation Optical modulator
JP6499804B2 (ja) * 2016-03-18 2019-04-10 日本電信電話株式会社 光変調器
CN107290873A (zh) * 2016-04-01 2017-10-24 源杰科技股份有限公司 光调变器
CN105974613B (zh) * 2016-07-15 2019-01-25 北京大学 电光集总调制器
JP6870813B2 (ja) * 2016-08-17 2021-05-12 国立大学法人 東京大学 Ｍｏｓ型光変調器及びその製造方法
EP3506001B1 (en) 2016-08-29 2021-06-02 Nippon Telegraph and Telephone Corporation Optical modulator
CN109791315B (zh) * 2016-09-01 2022-07-12 卢克斯特拉有限公司 用于垂直结高速相位调制器的方法和系统
US10228512B2 (en) 2016-09-29 2019-03-12 Oki Electric Industry Co., Ltd. Wavelength filter
JP6349364B2 (ja) * 2016-09-29 2018-06-27 沖電気工業株式会社 波長フィルタ
WO2018090382A1 (zh) * 2016-11-21 2018-05-24 华为技术有限公司 一种激光器及光线路终端、光网络单元、无源光网络
CN109564362B (zh) * 2016-11-23 2023-12-12 洛克利光子有限公司 光电装置
US11101256B2 (en) 2016-11-23 2021-08-24 Rockley Photonics Limited Optical modulators
US11036006B2 (en) 2016-12-02 2021-06-15 Rockley Photonics Limited Waveguide device and method of doping a waveguide device
US11105975B2 (en) 2016-12-02 2021-08-31 Rockley Photonics Limited Waveguide optoelectronic device
JP6412969B2 (ja) * 2017-03-14 2018-10-24 沖電気工業株式会社 光導波路素子
GB2562481B (en) * 2017-05-15 2020-04-01 Rockley Photonics Ltd Germanium-based avalanche photodiode structure coupled to Si-waveguide
JP6855323B2 (ja) * 2017-05-24 2021-04-07 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
FR3069069A1 (fr) * 2017-07-11 2019-01-18 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Modulateur de phase optique a jonction pn sinusoidale
CN111051969B (zh) * 2017-09-11 2021-10-26 华为技术有限公司 相位调制器及其制作方法、硅基电光调制器
KR101944272B1 (ko) * 2017-09-13 2019-01-31 한국과학기술연구원 중적외선 광 위상 변조기 및 이의 제조방법
CN111801610B (zh) * 2018-02-19 2022-11-29 三菱电机株式会社 半导体光集成器件
JP6922781B2 (ja) * 2018-02-22 2021-08-18 日本電信電話株式会社 光変調器
CN108490650B (zh) * 2018-04-09 2020-04-24 中国科学院半导体研究所 周期性交错波导结构、以及电光调制结构和mzi结构
FR3085549B1 (fr) * 2018-08-31 2021-05-14 St Microelectronics Crolles 2 Sas Guide d'onde
US11022825B2 (en) * 2018-09-03 2021-06-01 Ciena Corporation Silicon photonics modulator using TM mode and with a modified rib geometry
JP7224368B2 (ja) * 2018-12-06 2023-02-17 三菱電機株式会社 マッハツェンダ型光変調器
JP2020095131A (ja) * 2018-12-12 2020-06-18 住友電気工業株式会社 光変調器
CN109683354B (zh) * 2019-01-15 2020-09-15 中国科学院半导体研究所 一种中红外波段调制器及其制备方法
JP7484925B2 (ja) * 2019-10-04 2024-05-16 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光変調素子
US10852570B1 (en) * 2019-10-16 2020-12-01 Inphi Corporation Dual-slab-layer low-loss silicon optical modulator
CN111240055A (zh) * 2020-03-31 2020-06-05 亨通洛克利科技有限公司 集成电光调制器
US11415820B2 (en) 2020-05-04 2022-08-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Waveguide structure
WO2021248956A1 (zh) * 2020-06-10 2021-12-16 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种光模块
US11869991B2 (en) * 2020-09-18 2024-01-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Semiconductor device and method of making
CN115437167B (zh) * 2022-11-09 2023-02-10 上海阿米芯光半导体有限责任公司 相移器结构及相移器及其行波电极调制器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7085443B1 (en) * 2003-08-15 2006-08-01 Luxtera, Inc. Doping profiles in PN diode optical modulators
CN101842736A (zh) * 2007-08-08 2010-09-22 新加坡科技研究局 电光设备及其制备方法
US8149493B2 (en) * 2008-09-06 2012-04-03 Sifotonics Technologies (Usa) Inc. Electro-optic silicon modulator

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5757986A (en) 1993-09-21 1998-05-26 Bookham Technology Limited Integrated silicon pin diode electro-optic waveguide
US20060133754A1 (en) * 2004-12-21 2006-06-22 Vipulkumar Patel Ultra low-loss CMOS compatible silicon waveguides
US7747122B2 (en) * 2008-09-30 2010-06-29 Intel Corporation Method and apparatus for high speed silicon optical modulation using PN diode
JP5455955B2 (ja) * 2011-03-23 2014-03-26 株式会社東芝 リング光変調器
SG11201401800PA (en) 2011-10-26 2014-09-26 Fujikura Ltd Optical element and mach-zehnder optical waveguide element
KR102116977B1 (ko) * 2013-04-11 2020-05-29 삼성전자 주식회사 비열 광 변조기 및 그 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7085443B1 (en) * 2003-08-15 2006-08-01 Luxtera, Inc. Doping profiles in PN diode optical modulators
CN101842736A (zh) * 2007-08-08 2010-09-22 新加坡科技研究局 电光设备及其制备方法
US8149493B2 (en) * 2008-09-06 2012-04-03 Sifotonics Technologies (Usa) Inc. Electro-optic silicon modulator

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Publication number Publication date
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