CN110832389A - 对制造公差具有鲁棒性的光调制器 - Google Patents

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Abstract

一种光电集成电路，包括(i)符合第一制造图案的第一背靠背结部件(BBJC)和第二BBJC，其中第一BBJC包括与第一B型p‑n结(BPNJ)串联的第一A型p‑n结(APNJ)，其中第二BBJC包括与第二BPNJ串联的第二APNJ，以及(ii)符合与第一制造图案叠加的第二制造图案的光学部件。可以基于与光学部件的分离臂的重叠来识别APNJ和BPNJ。光学部件与APNJ和BPNJ重叠，以使用来自电极的调制电压对光信号进行调制。第一APNJ、第一BPNJ、第二APNJ和第二BPNJ沿着各自的方向设置，其中可以使用金属桥，以减少由于制造失准引起的光信号的调制的不平衡。

Description

对制造公差具有鲁棒性的光调制器
背景技术
电子部件是在该部件的操作期间传导、传输、接收、产生或以其他方式使用电流和/或信号的部件。光电部件是在操作过程中也使用光信号的电子部件。光电集成电路是在一个称为“芯片”的小平板上的一组光电部件，其由使用晶片的分批制造过程创建。晶片可以包括覆盖有附加材料层(例如金属、氧化物等)的半导体材料(例如硅)，以同时制造大量的光电集成电路。在晶片制造之后，将多个光电集成电路分离成芯片中以进行最终封装。光电集成电路的布局是光电集成电路的平面几何部件形状的设计放置。光电集成电路的制造图案是基于布局在晶片、管芯和/或芯片上形成的半导体、氧化物、金属或其他材料层的图案。失准是相对于布局在制造图案中的各层之间的偏移。
p-n结是半导体材料的p型区域和n型区域之间的边界或界面。通过仅使用p型掺杂剂或n型掺杂剂对半导体材料进行掺杂(例如，经由离子注入工艺、扩散工艺、外延工艺等)来分别创建p型区域和n型区域。p型区域和n型区域的制造图案基于用于执行选择性掺杂的一个或更多个光刻掩模。
波导是具有物理结构的光电部件，该物理结构限制并引导例如作为光信号之类的电磁(EM)波的传播。模式是波导中的电磁(EM)场模式。波导的制造图案对应于物理结构，并且基于用于形成物理结构的一个或更多个光刻掩模。
发明内容
总体上，一方面，本发明涉及一种光电集成电路。光电集成电路包括(i)符合第一制造图案的第一背靠背结部件(BBJC)和第二BBJC，其中第一BBJC包括与第一B型p-n结(BPNJ)串联的第一A型p-n结(APNJ)，其中第二BBJC包括与第二BPNJ串联的第二APNJ，以及(ii)符合与第一制造图案叠加的第二制造图案的光学部件，其中光学部件与第一APNJ和第二APNJ重叠以限定第一p型重叠区域和第一n型重叠区域，其中光学部件与第一BPNJ和第二BPNJ重叠以限定第二p型重叠区域和第二n型重叠区域。可以基于与光学部件的单独的臂的重叠来识别APNJ和BPNJ。第一APNJ、第一BPNJ、第二APNJ和第二BPNJ沿着各自的方向设置，其中可以使用金属桥，使得(i)第一p型重叠区域和第二p型重叠区域的尺寸基本相同，而与第一制造图案相对于第二制造图案的制造失准量无关，并且(ii)第一n型重叠区域和第二n型重叠区域的尺寸基本相同，而与第一制造图案相对于第二制造图案的制造失准量无关。
总体上，一方面，本发明涉及一种光调制器电路。所述光调制器电路包括(i)适于传播所述光调制器电路的调制电压的第一电极和第二电极，(ii)分别连接到第一电极和第二电极以接收调制电压的第一背靠背结部件(BBJC)和第二BBJC，其中第一BBJC包括与第一B型p-n结(BPNJ)串联的第一A型p-n结(APNJ)，其中第二BBJC包括与第二BPNJ串联的第二APNJ，其中第一BBJC和第二BBJC符合第一制造图案，并且(iii)适于传播光调制器电路的光信号的第一光波导和第二光波导，其中第一光波导和第二光波导符合与第一制造图案叠加的第二制造图案，其中第一光波导与第一APNJ和第二APNJ重叠以限定第一p型重叠区域和第一n型重叠区域，其中第二光波导与第一BPNJ和第二BPNJ重叠以限定第二p型重叠区域和第二n型重叠区域。可以基于与第一光波导和第二光波导的重叠来识别APNJ和BPNJ。第一APNJ、第一BPNJ、第二APNJ和第二BPNJ沿着各自的方向设置，其中可以使用金属桥，使得(i)第一p型重叠区域和第二p型重叠区域的尺寸基本相同，而与第一制造图案相对于第二制造图案的制造失准量无关，并且(ii)第一n型重叠区域和第二n型重叠区域的尺寸基本相同，而与第一制造图案相对于第二制造图案的制造失准量无关。各个方向使用来自第一电极和第二电极的调制电压来减小光信号调制中的不平衡。
总体上，一方面，本发明涉及一种用于制造光电集成电路的方法。该方法包括(ii)根据第一制造图案形成第一背靠背结组件(BBJC)和第二BBJC，其中第一BBJC包括与第一B型p-n结(BPNJ)串联的第一A型p-n结(APNJ)，其中第二BBJC包括与第二BPNJ串联的第二APNJ，并且(ii)根据与第一制造图案叠加的第二制造图案形成光学组件，其中光学组件与第一APNJ和第二APNJ重叠以限定第一p型重叠区域和第一n型重叠区域，其中光学组件与第一BPNJ和第二BPNJ重叠以限定第二p型重叠区域和第二n型重叠区域。可以基于与光学部件的单独的臂的重叠来识别APNJ和BPNJ。第一APNJ、第一BPNJ、第二APNJ和第二BPNJ沿着各自的方向设置，其中可以使用金属桥，使得(i)第一p型重叠区域和第二p型重叠区域的尺寸基本相同，而与第一制造图案相对于第二制造图案的制造失准量无关，并且(ii)第一n型重叠区域和第二n型重叠区域的尺寸基本相同，而与第一制造图案相对于第二制造图案的制造失准量无关。
通过以下描述和所附权利要求，本发明的其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1.1和1.2示出了根据本发明的一个或更多个实施例的制造图案图。
图2.1、2.2和2.3示出了根据本发明的一个或更多个实施例的俯视图和侧视图。
图3示出了根据本发明的一个或更多个实施例的方法流程图。
图4、5、6、7、8、9、10和11示出了根据本发明的一个或更多个实施例的示例。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的特定实施例。为了一致性，各个附图中的相似部件由相似的附图标记表示。
在本发明的实施例的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的更透彻的理解。然而，对于本领域的普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，没有详细描述众所周知的特征，以避免不必要地使描述变得复杂。
在以下描述中，在本发明的各种实施例中，关于附图描述的任何部件可以等同于关于任何其他附图描述的一个或更多个相同名称的部件。为了简洁起见，将不针对每个附图重复这些部件的描述。因此，每个附图的部件的每个和每个实施例均通过引用并入，并被认为可选地存在于具有一个或更多个相同名称的部件的每个其他附图中。另外，根据本发明的各种实施例，对附图的部件的任何描述都应被解释为可选的实施例，该可选的实施例可以被附加于、结合于或代替关于在任何其它图中对应的类似名称的部件描述的实施例。在图中，三个黑色实线共线点表示与可选的实线共线点之前和之后的部件类似的其他部件。
在整个申请中，序数(例如，第一，第二，第三等)可以用作元素(即，申请中的任何名词)的形容词。除非明确公开，例如通过使用术语“在…之前”，“在……之后”，“单数”和其他此类术语，否则序数的使用并不暗示或创建元素的任何特定顺序，也不将任何元素限制为单个元素。相反，使用序数是为了区分元素。举例来说，第一元素不同于第二元素，并且第一元素可以包含一个以上的元素，并且可以按照元素的顺序在第二元素之后(或之前)。
一般地，本发明的实施例提供了一种光电集成电路，该光电集成电路具有一组由光部件覆盖并且对准光部件的背靠背结部件(BBJC)。BBJC根据减小相对于光学部件的失准效应的布局布置在光电集成电路中。在一个或更多个实施例中，BBJC和光学部件形成光调制器的两个臂。p-n结的p型和n型区域在BBJC之间几何交换。例如，光调制器的每个臂包含基本上相同数量的(i)BBJC，其在光学部件的一侧具有带p型区域的p-n结，以及(ii)BBJC，其在光学部件的相对侧具有带p型区域的p-n结。因此，BBJC相对于光学部件的失准导致在两个臂中的基本相同的效果，从而减小了对光调制器的失准的影响。
图1.1示出了根据本发明的一个或更多个实施例的光电集成电路(100)的制造模式图。在本公开全文中，在制造图案图中描绘的部件的相对位置和方向对应于集成电路芯片或管芯上的物理布局位置和方向。在本发明的一个或更多个实施例中，图1.1中所示的一个或更多个元素可以被省略、重复和/或替换。因此，本发明的实施例不应被认为限于图1.1所示的模块的特定布置。
如图1.1所示，光电集成电路(100)包括平行布置并符合BBJC制造图案的一系列背靠背结部件(BBJC)(例如，BBJC A(101)，BBJC B(102)等)。如本文所使用的，BBJC制造图案是基于BBJC的布局而形成在晶片、管芯和/或芯片上的半导体、氧化物、金属或其他材料层的图案。具体地说，BBJC是具有两个p-n结的电子部件，这些p-n结作为pnnp部件或nppn部件电连接。换句话说，BBJC可以具有两个不同的电连接顺序(即，pnnp顺序或nppn顺序)。pnnp顺序的BBJC(即，pnnp部件)具有电连接在一起的两个p-n结的n型区域。nppn顺序的BBJC(即，nppn部件)具有电连接在一起的两个p-n结的p型区域。
虽然BBJC的电连接顺序是指并且基于p-n结的电连接，但是BBJC的掺杂类型顺序是根据BBJC的掺杂区域(即，n型区域和p型区域)的布局的掺杂类型(即，n型或p型)的物理顺序。
BBJC A(101)包括与p-n结B(105)串联的p-n结A(104)，其由掺杂区(111)、(112)、(113)和(114)的物理布局顺序形成。BBJC A(101)的掺杂类型顺序是顺序x-y-z-w，其中x、y、z和w分别表示掺杂区(111)、(112)、(113)和(114)的掺杂类型(即n型或p型)。在一些实施例中，在掺杂区(112)和(113)之间可以存在中间非掺杂区。类似地，BBJC B(102)包括与p-n结D(107)串联的p-n结C(106)，其由掺杂区(115)、(116)(117)和(118)的物理布局顺序形成。BBJC B(102)的掺杂类型顺序是顺序q-p-r-s，其中q、p、r和s分别表示掺杂区(115)、(116)、(117)和(118)的掺杂类型(即n型或p型)。在一些实施例中，在掺杂区(116)和(117)之间可以存在中间非掺杂区。例如，BBJC A(101)和/或BBJ C(102)的掺杂类型顺序可以是n-p-n-p，p-n-n-p，n-p-p-n，p-n-p-n。
在一个或更多个实施例中，掺杂区(111)、(112)、(113)、(114)、(115)、(116)、(117)和(118)经由连续的相同类型的掺杂区域和/或经由金属桥电互连(未明确示出)，以形成各自的pnnp或nppn部件。特别地，掺杂类型顺序和电连接顺序涉及BBJC A(101)和BBJCB(102)(更具体地，掺杂区域(111)、(112)、(113)、，(114)、(115)、(116)、(117)和(118)的)的制造图案。它们基于用于对BBJC A(101)和BBJC B(102)进行选择性掺杂的一种或更多种光刻掩模。参照下图2.1至2.3描述掺杂区(111)、(112)、(113)、(114)、(115)、(116)、(117)和(118)的各种掺杂类型顺序和电连接顺序。
另外，如图1.1所示，光电集成电路(100)包括符合光学部件制造图案的光学部件(103)。如本文所使用的，光学部件制造图案是基于光学部件的布局形成在晶片、管芯、和/或芯片上的半导体、氧化物、金属或其他材料层的图案。特别地，光学部件(103)的制造图案与BBJC A(101)和BBJC B(102)的制造图案重叠。这两个制造图案相对于光学部件(103)的分割线(301)具有失准(302)。特别地，根据光电集成电路(100)的布局，将p-n结B(105)和p-n结D(107)设计为与分割线(301)重合。例如，分割线(301)可以由电路设计者在光电集成电路(100)的布局中指定，以将光学部件(103)分割成由相反类型的掺杂区域重叠的部分。在制造期间，失准(302)是由上述光刻掩模之间的偏移引起的。
取决于重叠区域相对于失准(302)或未对准p-n结的哪一侧，失准(302)导致光学部件(103)和掺杂区域的重叠具有电路设计师与指定的尺寸不同的尺寸。例如，光学部件(103)(或其制造图案)与掺杂区(111)和(112)(或其制造图案)重叠以限定通过p-n结A(104)分开的两个不同尺寸和相反类型的重叠区域(突出显示)。类似地，光学部件(103)(或其制造图案)与掺杂区(113)和(114)(或其制造图案)重叠，以限定通过p-n结B(105)分开的两个不同尺寸和相反类型的重叠区域(突出显示)。BBJC A(101)中尺寸不同和相反类型的重叠区域可能会导致两个p-n结(即p-n结A(104)、p-n结B(105))之间的重叠区域对p型区域或n型区域来说尺寸不平衡。BBJC B(102)的重叠区域也可能导致另一个重叠区域尺寸不平衡，如BBJCA(101)。
在一个或更多个实施例中，p-n结A(104)、p-n结B(105)、p-n结C(106)和p-n结D(107)沿着各自的方向设置，使得(i)p-n结A(104)和p-n结C(106)的组合的p型重叠区域具有与失准(302)无关的、与p-n结B(105)和p-n结D(107)的组合p型重叠区域基本相同的尺寸，以及(ii)p-n结A(104)和p-n结C(106)的组合n型重叠区域具有与失准(302)无关的、与p-n结B(105)和p-n结D(107)的组合n型重叠区域基本相同的尺寸(105)。如本文中所使用的，p-n结的方向是根据掺杂区的布局从p型区域到n型区域的几何方向。
在一个或更多个实施例中，光学部件(103)包括两个部分，称为臂A和臂B。例如，一个部分与p-n结A(104)和p-n结C(106)重叠，而另一部分与p-n结B(105)和p-n结D(107)重叠。在本文中，p-n结A(104)和p-n结C(106)被称为A型p-n结(APNJ)，而p-n结B(105)和p-n结D(107)被称为B型p-n结(BPNJ)。换句话说，APNJ是与臂A重叠的p-n结，而BPNJ是与臂B重叠的p-n结。具体地说，p-n结A(104)和p-n结C(106)形成p-n结的第一组(即A型)，而p-n结B(105)和p-n结D(107)形成p-n结的第二组(即B型)。
参照下图2.1至2.3描述了，特别地沿着横截面A(120)和横截面B(121)的p-n结A(104)、p-n结B(105)、p-n结C(106)和p-n结D(107)的各个方向减少失准引起的重叠区域尺寸不平衡的影响。
图1.2示出了根据本发明的一个或更多个实施例的光调制器电路(200)的制造图案图。在本发明的一个或更多个实施例中，图1.2中所示的一个或更多个部件可以被省略、重复和/或替换。因此，本发明的实施例不应被认为限于图1.2所示的模块的特定布置。
如图1.2所示，光调制器电路(200)是集成电路，其是光电集成电路(100)和根据图例(210)表示的附加部件的超集。尽管未明确示出，但是在一个或更多个实施例中，射频(RF)终端与偏置电压相对的一端连接到电极。具体地，到BBJC的所有p-n结(例如，BBJC A(101)、BBJC B(102)等)的公共连接(213)适于接收偏置电压以建立p-n结的耗尽区。每个BBJC(例如，BBJC A(101)，BBJC B(102)等)的两端分别连接到电极A和电极B，电极A和电极B适于接收调制电压。特别地，与硅波导的臂A(211)重叠的p-n结是APNJ。类似地，与硅波导的臂B(212)重叠的p-n结是BPNJ。臂A(211)和臂B(212)对应于上图1.1所描绘的光学部件(103)的两个部分。从APNJ和BPNJ到电极A和电极B的具体连接未在图1.2中明确示出。参照下图2.1至11描述用于APNJ和BPNJ的各种电极连接配置。调制电压对应于输入数据(即，数据IN)，其调制APNJ和BPNJ的耗尽区宽度。被调制的p-n结中的自由载流子密度转换为p-n结的折射率的调制，并转换为沿硅波导的臂A(211)和臂B(212)从LI传播到LO的光信号的相位调制。通过将臂A(211)和臂B(212)在干涉仪配置中进行合并，利用来自输入数据(即，数据IN)的信息对光信号输出(即，LO)进行编码。
如上所述，APNJ和BPNJ中的p-n结沿各自的方向设置，以减小光电集成电路(100)中由失准引起的重叠区域尺寸不平衡以及p-n结的第一组(即A型)和第二组(即B型)(即APNJ和BPNJ)之间的调制效率不平衡的影响。为了光调制器电路(200)的平衡操作，第一组p-n结(即，APNJ)的组合p型重叠区域具有与失准(302)无关的、与第二组p-n结(即，BPNJ)的组合p型重叠区域基本相同的尺寸。此外，第一组p-n结(即APNJ)的组合n型重叠区域具有与失准(302)无关的、与第二组p-n结(即BPNJ)的组合n型重叠区域基本相同的尺寸。换句话说，在光调制器电路(200)的布局中指定第一组和第二组p-n结(即，APNJ和BPNJ)的各个方向，使用来自电极A和B的调制电压以减少由于调制光信号导致的失准引起的不平衡。
在一个或更多个实施例中，光调制器电路(200)由硅制成，作为用于光通信应用中的光调制的马赫曾德尔(MZ)调制器。与铌酸锂或其它具有适用于光信号调制的电光性质的材料不同，硅波导中的调制基于折射率对耗尽区中自由载流子密度的依赖性而实现。因此，通过在光波导内构造p-n结并通过施加时变的反向电压，可以调制p-n结的耗尽区(特别是自由载流子密度)，从而导致折射率的调制。在一个或更多个实施例中，时变反向电压的直流(DC)部分由偏置电压提供，而时变反向电压的交流(AC)部分由调制电压提供。
在MZ调制器中，自由载流子的存在会降低电子和空穴的折射率。p-n结位于硅波导中，此p-n结的耗尽宽度的调制会影响在波导中传播的光学模式的重叠部分。光波导中p-n结的准确位置可改善调制性能。将P型和n型掺杂剂注入在由已定义的波导上方对准的光刻掩模所限定的适当位置处。例如，在整个晶片的多个光电集成电路上执行的对准可以具有大约50nm(纳米)的精度，而波导可以具有大约400至500nm的宽度。与波导的宽度相比，对准误差可能无法忽略，因此可能会导致整个晶片的调制效率发生明显变化。
作为示例，具有相关电极的MZ调制器的每个臂(例如，臂A(211)、臂B(212))的长度可以是几mm(毫米)，以产生设计的相位调制幅度。为了在高频下(即10GHz的千兆赫兹运行，通过使用射频(RF)行波电极将MZ调制器臂实现为RF传输线。行波RF电极是连接到p-n结的细长电极，用于传输调制电压。通过这种连接，p-n结的电容增加了细长电极的电容，这被称为电容负载。电容负载导致相对于输入驱动器电路的特性阻抗匹配。另外，电容负载导致相对于在光波导中传播的光波的群速度匹配。
如图1.2所示，可以将MZ调制器的p-n结分成段，这些段周期性地(或在特定位置)连接到RF行波电极，以从输入驱动器电路接收调制电压。换句话说，RF行波电极将输入数据(即，数据IN)作为RF行波沿MZ调制器臂的长度传播到每个p-n结段(即，一个或更多个BBJC)。特别地，RF行波在推挽操作(push-pull operation)中沿着臂的长度传播，在所述推挽操作中在两个臂中的光信号的相位变化沿相反的方向。推挽操作减少了MZ调制器的光信号输出(即LO)中的频率线性调频。在一个或更多个实施例中，有利地使用单个输入驱动器电路来将输入数据(即，数据IN)驱动到由BBJC连接的两个臂。特别地，两个MZ调制器臂的p-n结在SPP配置中背靠背连接(即，两个二极管的p(或n)侧电连接在一起)。该电路配置是串联-推挽(SPP)配置。
图2.1-2.3示出了根据本发明的一个或更多个实施例的俯视图和侧视图。在侧视图中，以二维横截面示出了半导体材料层(即，波导和掺杂区)，而以线段示意性地示出了导电层(即，金属桥和电极)。特别地，线段表示电连接，但不表示物理布局。顶视图和侧视图对应于上图1.1和1.2中描绘的光电集成电路(100)的制造图案和光调制器电路。特别地，侧视图说明了掺杂类型顺序、电连接顺序和p-n结方向的各种组合，以减少尤其是沿着图1.1示出的横截面A(120)和横截面B(在图121中示出)的失准引起的重叠区域尺寸不平衡的影响。
图2.1示出了根据图例(300)的BBJC X(324)的侧视图(350)和俯视图(360)。在本发明的一个或更多个实施例中，BBJC X(324)对应于具有相同掺杂类型顺序的BBJC A(101)和BBJC B(102)(在上图1.1和1.2中示出)。因此，侧视图(350)既对应于上图1.1所描绘的横截面A(120)，也对应于横截面B(121)。
如图2.1所示，BBJC X(324)具有n-p-n-p的掺杂类型顺序以形成APNJ(334)和BPNJ(335)。特别地，APNJ(334)和BPNJ(335)具有由p-n结图标的箭头表示的相同的p-n结方向。APNJ(334)和BPNJ(335)经由金属桥(226)电连接到pnnp部件(364)中。换句话说，金属桥(226)用于形成pnnp电连接顺序。相应地在图1.1和1.2中，BBJC A(101)和BBJC B(102)具有相同的pnnp电连接顺序并且具有相同的n-p-n-p掺杂类型顺序。另外，p-n结A(104)、p-n结B(105)、p-n结C(106)和p-n结D(107)均沿相同方向设置。
进一步如图2.1所示，电极A(303)、电极B(304)、波导A(311)、波导B(312)、分割线(301)和失准(302)分别对应于在上图1.1中所描绘的电极A、电极B、臂A(211)、臂B(212)、分割线(301)和失准(302)。另外，如上图1.1所示，n型重叠区域(353)和p型重叠区域(354)对应于由p-n结A(104)隔开的两个不同尺寸和相反类型的重叠区域。类似地，n型重叠区域(355)和p型重叠区域(356)对应于如上图1.1所描绘的由p-n结B(105)隔开的两个不同尺寸和相反类型的重叠区域。尺寸不同的重叠区域仅导致光学模式在波导A(311)和波导B(312)上与p型材料的相互作用比与与n型材料的相互作用更大。与不同尺寸的重叠区域无关，光学模式仍然与波导A(311)和波导B(312)上的基本相同量(例如，在10％或其他预定量之内)的p型材料相互作用，并且与波导A(311)和波导B(312)上的基本相同量(例如，在10％或其他预定量之内)的n型材料相互作用。因此，APNJ和BPNJ的相同方向(即，p-n结A(104)、p-n结B(105)、p-n结C(106)、p-n结D(107))减小了在光学臂A和B产生的调制强度的不平衡。
顶视图(360)示出了SPP配置，其中每个段(例如BBJC X(324)、BBJC Y(325)等)包含pnnp部件，其中对于两个MZ调制器臂，每个p掺杂区域位于重叠波导的同一侧，每个n掺杂区域位于重叠波导的另外同一侧。BBJC X(324)根据图例(300)在顶视图(360)中突出显示。BBJC Y(325)和BBJC X(324)在顶视图(360)中彼此(相对于相邻边界)为镜像，并且都具有相同的横截面视图(350)。如上所述，对于两个MZ调制器臂，掺杂区的失准的影响基本相同(例如，在10％以内或其他预定量之内)。根据图例(300)，使用两层金属来制造BBJC X(324)。具体地，第一层金属用于电接触掺杂区(使用一组适当的通孔)，而第二层金属用于形成电极A(303)和电极B(304)。可以使用另一组适当的通孔在一个或更多个金属层中形成金属桥。
尽管应用于上图1.1的图2.1的描述基于BBJC A(101)和BBJV B(102)的单个掺杂顺序n-p-n-p，光电集成电路(100)也可以基于具有相同的掺杂类型顺序p-n-p-n的BBJC A(101)和BBJC B(102)。此外，尽管失准(302)表示对于p型和n型区域两者相同的失准量，但是p型区域和n型区域可具有不同的失准量。
图2.2示出了根据图例(310)的BBJC Y(321)和BBJC Z(322)的侧视图。在本发明的一个或更多个实施例中，BBJC Y(321)和BBJC Z(322)分别对应于上图1.1和1.2所描绘的BBJC A(101)和BBJC B(102)。因此，BBJC Y(321)和BBJC Z(322)分别对应于上图1.1中所描绘的横截面A(120)和横截面B(121)。特别地，BBJC Y(321)和BBJC Z(322)，即BBJC A(101)和BBJC B(102)，具有不同且相反的掺杂类型顺序p-n-n-p和n-p-p-n。因此，APNJ Y(330)和BPNJ Z(333)布置在同一方向，而APNJ Z(332)和BPNJ Y(331)布置在与APNJ Y(330)和BPNJZ(333)的方向相反的同一方向。
如图2.2所示，APNJ Y(330)和BPNJ Y(331)具有由p-n结图标的箭头表示的相反的p-n结方向。APNJ Y(330)和BPNJ Y(331)通过连续的n型掺杂区电连接到pnnp部件(361)中。换句话说，连续的n型掺杂区用于形成pnnp电连接顺序。此外，APNJ Z(332)和BPNJ Z(333)也具有由p-n结图标的箭头表示的相反的p-n结方向。APNJ Z(332)和BPNJ Z(333)通过金属桥(227)电连接到pnnp部件(362)中。换句话说，金属桥(227)用于形成pnnp电连接顺序。相应地，在图1.1和1.2中，BBJC A(101)和BBJC B(102)具有相同的pnnp电连接顺序，但是分别具有不同且相反的掺杂类型顺序p-n-n-p和n-p-p-n。另外，p-n结A(104)和p-n结D(107)设置在同一方向上，而p-n结B(105)和p-n结C(106)设置在与p-n结A(104)和p-n结D(107)的方向相反的同一方向上。。
进一步如图2.2所示，电极A(303)、电极B(304)、波导A(311)，波导B(312)、分割线(301)和失准(302)分别对应于上图1.2所描绘的电极A、电极B、臂A(211)、臂B(212)、分割线(301)和失准(302)。此外，n型重叠区域(342)和p型重叠区域(341)对应于上图1.1所描绘的由p-n结A(104)分隔的两个不同尺寸和相反类型的重叠区域。类似地，n型重叠区域(343)和p型重叠区域(344)对应于上图1.1所描绘的由p-n结B(105)分隔的两个不同尺寸和相反类型的重叠区域。另外，n型重叠区域(345)和p型重叠区域(346)对应于上图1.1所描绘的由p-n结C(106)分隔的两个不同尺寸和相反类型的重叠区域。类似地，n型重叠区域(348)和p型重叠区域(347)对应于上图1.1所描绘的由p-n结D(107)分隔的两个不同尺寸和相反类型的重叠区域。
在波导A(311)中，光学模式与p型区域(341)和p型区域(346)的组合相互作用。在波导B(312)中，光学模式与p型区域(344)和p型区域(347)的组合相互作用。与失准(302)无关地，p型重叠区域(341)和p型重叠区域(346)的组合具有与p型重叠区域(344)和p型重叠区域(347)的组合基本相同的尺寸(例如，在10％以内或其他预定量内)。换句话说，光学模式与在波导A(311)和波导B(312)上的相同量(例如，在10％以内或其他预定量内)的p型材料相互作用。
在波导A(311)中，光学模式与n型区域(342)和n型区域(345)的组合相互作用。在波导B(312)中，光学模式与n型区域(343)和n型区域(348)的组合相互作用。与失准(302)无关地，n型重叠区域(342)和n型重叠区域(345)的组合具有与n型重叠区域(343)和n型重叠区域(348)的组合基本相同的尺寸(例如，在10％以内或其他预定量内)。换句话说，光学模式与在波导A(311)和波导B(312)上的相同量(例如，在10％以内或其他预定量内)的n型材料相互作用。
因此，APNJ和BPNJ的掺杂类型顺序、电连接顺序以及p-n结方向的组合减小了在光学臂A和B中引起的调制强度的不平衡。
尽管图2.2的描述分别基于BBJC Y(321)和BBJC Z(322)的掺杂顺序p-n-n-p和n-p-p-n，光电集成电路的平衡操作也可以基于分别具有掺杂类型顺序n-p-p-n和p-n-n-p的BBJC Y(321)和BBJC Z(322)。此外，尽管失准(302)表示对于p型和n型区域两者相同的失准量，但是p型区域和n型区域可具有不同的失准量。
图2.3示出了根据图例(310)的BBJC Y(321)和BBJC W(323)的侧视图。在本发明的一个或更多个实施例中，BBJC Y(321)和BBJC W(323)分别对应于上图1.1和1.2所描绘的BBJC A(101)和BBJC B(102)。因此，BBJC Y(321)和BBJC W(323)分别对应于上图1.1所描绘的横截面A(120)和横截面B(121)。特别地，BBJC Y(321)和BBJC W(323)，因此BBJCA(101)和BBJB(102)，具有不同且相反的掺杂类型顺序p-n-n-p和n-p-p-n。因此，APNJ Y(330)和BPNJW(337)布置在同一方向，而APNJ W(336)和BPNJ Y(331)布置在与APNJ Y(330)和BPNJ W(337)的方向相反的同一方向。
如图2.3所示，APNJ Y(330)和BPNJ Y(331)具有由p-n结图标的箭头表示的相反的p-n结方向。APNJ Y(330)和BPNJ Y(331)通过连续的n型掺杂区电连接到pnnp部件(361)中。换句话说，连续的n型掺杂区用于形成pnnp电连接顺序。此外，APNJ W(336)和BPNJ W(337)也具有由p-n结图标的箭头表示的相反的p-n结方向。APNJ W(336)和BPNJ W(337)经由连续的p型掺杂区电连接到nppn部件(363)中。换句话说，连续的p型掺杂区用于形成nppn电连接顺序。金属桥(228)将nppn部件(363)的各个n型掺杂区连接到电极A(303)和电极B(304)。相应地，在图1.1和图1.2中，BBJCA(101)和BBJC B(102)具有不同且相反的电连接顺序，并且具有不同且相反的掺杂类型顺序。另外，p-n结A(104)和p-n结D(107)设置在同一方向上，而p-n结B(105)和p-n结C(106)设置在与p-n结A(104)和p-n结D(107)的方向相反的同一方向上。
此外，如图2.3所示，电极A(303)、电极B(304)、波导A(311)、波导B(312)、分割线(301)和失准(302)分别对应于如上图1.2所描绘的电极A、电极B、臂A(211)、臂B(212)、分割线(301)和失准(302)。此外，n型重叠区域(342)和p型重叠区域(341)对应于如上图1.1所描绘的由p-n结A(104)分隔的两个不同尺寸和相反类型的重叠区域。类似地，n型重叠区域(343)和p型重叠区域(344)对应于如上图1.1所描绘的由p-n结B(105)分隔的两个不同尺寸和相反类型的重叠区域。另外，n型重叠区域(349)和p型重叠区域(350)对应于如上图1.1所描绘的由p-n结C(106)分隔的两个不同尺寸和相反类型的重叠区域。类似地，n型重叠区域(352)和p型重叠区域(351)对应于如上图1.1所描绘的由p-n结D(107)分隔的两个不同尺寸和相反类型的重叠区域。
在波导A(311)中，光学模式与p型重叠区域(341)和p型重叠区域(350)的组合相互作用。在波导B(312)中，光学模式与p型重叠区域(344)和p型重叠区域(351)的组合相互作用。与失准(302)无关地，p型重叠区域(341)和p型重叠区域(350)的组合具有与p型重叠区域(344)和p型重叠区域(351)的组合基本相同的尺寸(例如，在10％以内或其他预定量内)。换句话说，光学模式与在波导A(311)和波导B(312)上的相同量(例如，在10％以内或其他预定量内)的p型材料相互作用。
在波导A(311)中，光学模式与n型重叠区域(342)和n型重叠区域(349)的组合相互作用。在波导B(312)中，光学模式与n型重叠区域(343)和n型重叠区域(352)的组合相互作用。与失准(302)无关地，n型重叠区域(342)和n型重叠区域(349)的组合具有与n型重叠区域(343)和n型重叠区域(352)的组合基本相同的尺寸(例如，在10％以内或其他预定量内)。换句话说，光学模式与在波导A(311)和波导B(312)上的相同量(例如，在10％以内或其他预定量内)的n型材料相互作用。
因此，APNJ和BPNJ的掺杂类型顺序、电连接顺序以及p-n结方向的组合减少了在光学臂A和B中引起的调制强度的不平衡。
尽管图2.3的描述分别基于BBJC Y(321)和BBJC W(323)的掺杂顺序p-n-n-p和n-p-p-n，光电集成电路的平衡操作也可以基于分别具有掺杂类型顺序n-p-p-n和p-n-n-p的BBJC Y(321)和BBJC W(323)。此外，尽管失准(302)表示对于p型和n型区域两者相同的失准量，但是p型区域和n型区域可具有不同的失准量。
图3示出了根据一个或更多个实施例的方法流程图。在一个或更多个实施例中，该方法可以用于制造上图1.1和1.2所描绘的光电集成电路和/或光调制器电路。图3中所示的一个或更多个步骤可以被省略、重复和/或在本发明的不同实施例之间以不同的顺序执行。因此，不应将本发明的实施例视为限于图3中所示的步骤的特定数目和布置。
首先，在步骤311中，形成符合BBJC制造图案的第一BBJC和第二BBJC。特别地，根据相同的掺杂类型顺序，使用一个或更多个光刻掩模来形成第一BBJC和第二BBJC。此外，一个或更多个光刻掩模沿相同方向设置第一BBJC的第一APNJ和第一BPNJ以及第二BBJC的第二APNJ和第二BPNJ。因此，第一BBJC和第二BBJC具有相同的电连接顺序(即，pnnp顺序或nppn顺序)。
在步骤312中，复制第一BBJC和第二BBJC。在一个或更多个实施例中，复制的BBJC沿一个或更多个线性部分设置。
在步骤313中，形成符合BBJC制造图案的第三BBJC和第四BBJC。特别地，根据不同(例如相反)的掺杂类型顺序，使用一个或更多个光刻掩模来形成第三BBJC和第四BBJC。此外，一个或更多个光刻掩模设置金属层连接，使得第三BBJC和第四BBJC具有相同的电连接顺序。另外，一个或更多个光刻掩模沿第一方向设置(i)第一APNJ和第二BPNJ，以及沿与第一方向相反的第二方向设置(ii)第一BPNJ和第二APNJ。
在步骤314中，复制第三BBJC和第四BBJC。在一或更多个实施方案中，复制的BBJC沿一个或更多个线性部分设置。特别地，复制的第三BBJC沿着第一方向具有相应的APNJ，而复制的第四BBJC沿着第二方向具有相应的APNJ。在一个或更多个实施例中，基于预定方向交替顺序，将复制的第三BBJC和复制的第四BBJC设置在一个或更多个线性部分中。
在步骤315中，形成符合BBJC制造图案的第五BBJC和第六BBJC。特别地，根据不同(例如相反)的掺杂类型顺序，使用一个或更多个光刻掩模来形成第五BBJC和第六BBJC。此外，一个或更多个光刻掩模设置金属层连接，使得第五BBJC和第六BBJC具有不同(例如相反)的电连接顺序。另外，一个或更多个光刻掩模沿第一方向设置(i)第一APNJ和第二BPNJ，以及沿与第一方向相反的第二方向设置(ii)第一BPNJ和第二APNJ。
在步骤316，复制第五BBJC和第六BBJC。在一个或更多个实施方案中，复制的BBJC沿一个或更多个线性部分设置。特别地，复制的第五BBJC沿第一方向具有相应的APNJ，而复制的第六BBJC沿第二方向具有相应的APNJ。在一个或更多个实施例中，基于预定的方向交替顺序，将复制的第五BBJC和复制的第六BBJC设置在一个或更多个线性部分中。
在步骤317中，形成符合与BBJC制造图案叠加的光学部件制造图案的光学部件。光学部件制造图案和BBJC制造图案可以在制造期间以任何顺序形成。特别地，一个或更多个光刻掩模用于形成光学部件，该光学部件(i)与前述APNJ重叠以限定第一p型重叠区域和第一n型重叠区域，并且(ii)与前述BPNJ重叠以限定第二p型重叠区域和第二n型重叠区域。在一个或更多个实施例中，第一p型重叠区域和第二p型重叠区域具有基本上相同的尺寸(例如，在10％或其他预定量之内)，而与BBJC制造图案相对于光学部件的制造图案的制造失准量无关。在一个或更多个实施例中，第一n型重叠区域和第二n型重叠区域具有基本相同的尺寸(例如，在10％以内或其他预定量内)，而与BBJC制造图案相对于光学部件制造图案的制造失准量无关。因此，由于制造失准，APNJ和BPNJ的各自的方向减小了光学部件与APNJ和BPNJ的相互作用的不平衡。
如上所述，可以被省略步骤311-316中的一个或更多个。换句话说，可以使用一个或更多个光刻掩模形成图2.1至2.3所示的BBJC的不同组合。在一个或更多个实施例中，可以使用相同的一个或更多个光刻掩模同时执行步骤311-316。
图4至11示出了根据本发明的一个或更多个实施例的示例。基于参考上图1.1至1.2、2.1至2.3和3讨论的制造图案图和方法流程图，图4至11的实施例实现了诸如Mach-Zehnder(MZ)调制器之类的光调制器。特别地，根据图例(400)在图4至11中描绘的部件是上图1.1至1.2和2.1至2.3中描绘的相似名称的部件的示例。尽管未在图4至11中明确示出，但是RF终端连接在传输线的末端(电极A和B)。在一个或更多个实施例中，图4至11中所示的模块和元件中的一个或更多个可以被省略、重复和/或替换。因此，本发明的实施例不应被认为限于图4至11所示的模块的特定布置。
图4示出基于上图2.1所描绘的BBJC X(324)和pnnp部件(364)的MZ调制器的制造图案。特别地，MZ调制器的APNJ和BPNJ在两个波导臂中沿相同方向物理定向。例如，BBJC X(324)的p-n结在物理上以n-p-n-p掺杂类型顺序布置，同时作为pnnp部件电连接。可以使用片上金属层和接触通孔来实现APNJ和BPNJ之间的连接以及p-n结与RF行波电极之间的连接。在制造掩模失准的情况下，由于两个波导臂来说的n型重叠区域偏移基本相同的量(例如，在10％或其他预定量之内)，作为一个组的所有BBJC的两个臂都具有基本相同大小(例如，在10％或其他预定数量之内)的n型重叠区域。类似地，当失准时，由于两个波导臂的p型重叠区域偏移基本相同的量(例如，在10％内或其他预定量之内)，因此作为一个组的所有BBJC的两个臂具有基本相同大小(例如，在10％内或其他预定量之内)的p型重叠区域。
除了每个BBJC的p-n结在物理上以p-n-p-n掺杂类型的顺序布置，同时作为nppn部件电连接之外，图5示出与图4类似的MZ调制器的制造图案。
图6示出基于上图2.2所描绘的BBJC Y(321)、BBJC Z(322)、pnnp部件(361)和pnnp部件(362)的MZ调制器的制造图案。特别地，在不同段中的p-n结的方向沿着每个调制臂的长度变化。例如，BBJC Y(321)的p-n结在物理上以p-n-n-p掺杂类型顺序进行布局，并作为pnnp部件进行电连接。在这种情况下，BBJC Y(321)被称为非反向段。相反，BBJC Z(322)的p-n结在物理上以n-p-p-n掺杂类型顺序布置，同时作为pnnp部件进行电连接。在这种情况下，BBJC Z(322)被称为反向段。因此，光信号在臂的一半长度上在沿一个方向定向的p-n结(例如，非反向段的BBJC Y(321))传播，并在剩余一半长度上在沿相反方向定向的p-n结(例如，反向段的BBJC W(322))中传播。作为相反方向的结果，由在非反向段中的失准引起的效果由在相应的反向段中引起的相反效果补偿。
如图6所示，对于非反向段和反向段，每个顶部二极管的p型区域(与上臂重叠的二极管)都连接到电极A，并且对于非反向段和反向段，每个底部二极管的p型区域(与上臂重叠的二极管)都连接到电极B。MZ调制器也可以使用nppn BBJC来实现，其中对于非反向段和反向段，每个顶部二极管的n型区域都连接到电极A，并且对于非反向段和反向段，每个底部二极管的n型区域都连接到电极A。
图7示出了基于上图2.3所描绘的BBJC Y(321)、BBJC W(323)、pnnp部件(361)和nppn部件(363)的MZ调制器的制造图案。特别地，在不同段中的p-n结的方向沿着每个调制臂的长度变化。例如，BBJC Y(321)的p-n结在物理上以p-n-n-p掺杂类型顺序进行布局，并作为pnnp部件进行电连接。在这种情况下，BBJC Y(321)被称为非反向段。BBJC W(323)的p-n结在物理上以n-p-p-n掺杂类型的顺序进行布局，同时作为nppn部件进行电连接。在这种情况下，BBJC W(323)被称为反向段。因此，光信号在臂的一半长度上在沿一个方向定向的p-n结(例如，非反向段的BBJC Y(321))中传播，并在剩余一半长度上在沿相反方向定向的p-n结(例如，反向段的BBJC W(323))中传播。作为相反方向的结果，由在非反向段中的失准引起的效果由在相应的反向段中引起的相反效果补偿。
如图7所示，对于非反向段，每个顶部二极管的p型区域(与上臂重叠的二极管)连接到电极A，并且每个底部二极管的p型区域(与下臂重叠的二极管)连接到电极A。相反，对于反向段，每个顶部二极管的n型区域(与上臂重叠的二极管)连接到电极B，并且每个底部二极管的n型区域(二极管)被下臂重叠的部分)连接到电极A。这称为混合pnnp/nppn SPP配置。还可以使用相反的结构(即，混合nppn/pnnp SPP配置)来实现MZ调制器。在混合pnnp/nppn SPP配置中，BBJC Y(321)在物理上以p-n-n-p掺杂类型顺序进行布局，并作为pnnp部件进行电连接。相反，BBJC W(323)在物理上以n-p-p-n掺杂类型的顺序进行布局，同时作为nppn部件进行电连接。
混合pnnp/nppn或nppn/pnnp SPP配置使用两个偏置电压(即偏置电压A、偏置电压B)来极化p-n结，以在耗尽模式下工作(反向偏置操作)。使用单独的偏置电压在提供附加参数以优化调制器性能(例如，频率响应、相位调制不平衡等)方面可能是有利的。
混合pnnp/nppn或nppn/pnnp SPP配置允许使用公共掺杂区域(例如，用于pnnp段的n型区域和用于nppn段的p型区域)的串联二极管。金属层和接触通孔可用于与适当的掺杂区域和行波RF电极建立所需的连接。使用适当的金属层和接触通孔也可以使偏置电压极化p-n结。
混合pnnp/nppn或nppn/pnnp SPP配置通过使用具有0V的DC分量和围绕接地电压对称的偏置电压±Vb的差分调制信号，获得围绕接地电压的对称操作。
通过沿波导臂的长度反转p-n结的一半，图6和7中所描绘的MZ调制器在两个MZ调制器臂中实现了相等的相位调制效率。可以沿波导臂的长度以任何顺序(称为方向交替顺序)放置反向和非反向p-n结。图8示出了上图6和7所描绘的光调制器电路的变型的制造图案。如图8所示，与上图6和7相比，可以沿着波导的长度以不同的方向交替顺序布置非反向段和反向段。同样，可能存在不同数量的非反向和反向段以实现不平衡操作。可以基于两个MZ调制器的臂的调制效率中所需的不平衡量，将比例设置为任意数量。进一步地，可以根据诸如图9所示的物理布局的考虑，从任何方向将偏置电压带到BBJC段。具体地，图9示出了具有pnnp/nppn混合SPP的光调制器电路的偏置电压中的路由变化的示例。
图10示出了根据图例(400)的在每个部分中具有多个段的示例性两部分光调制器电路的制造图案。特别地，部分1包括pnnp BBJC，并且驱动器极性使得顶部电极连接到驱动器1的+S端子，而底部电极连接到驱动器1的-S端子。在部分2中，对于nppn BBJC来说，p-n结的方向相反(以消除掩模失准的影响)。为了不抵消在部分1中赋予光信号的相位调制，将驱动器2的驱动器极性反转。换句话说，部分2中的顶部电极连接到驱动器2的-S端子，而底部电极连接到驱动器2的+S端子。
在上述配置中，调节驱动器极性以消除由p-n结失准引起的不平衡。具体地，部分1中的顶部波导保留在部分2中的顶部波导，以消除由掩模失准引起的不平衡。图11示出了图10的变型中的制造图案，其中驱动器2设置在与驱动器1相反的一侧。在该变型中，部分1中的顶部波导变成部分2中的底部波导。为了消除由掩模失准引起的不平衡，在两个波导中维持p-n结方向相同。换句话说，部分1和部分2都使用pnnp SPP配置。但是，为了不抵消在部分1中赋予光信号的相位调制，使驱动器2的驱动器极性反转。换句话说，顶部电极连接到驱动器2的-S端子，而底部电极连接到驱动器2的+S端子。
尽管在上图4至11的示例中描述了RF行波电极，但是本发明可以等同地应用于由N个驱动器驱动的N部分光调制器电路，其中每个部分可以基于集总元件(例如，具有在SPP配置中包含两个p-n结的单段的电极)。可以配置光波导上的p-n结方向以及SPP集总段到驱动器的连接，以消除使用上述原理的掩模对准引起的调制效率的不平衡。
尽管在以上示例中描述了p-n结的反向偏置操作，但是本发明可以等同地应用于正向偏置操作中的p-n结，例如用于正向导电或电流注入中。
尽管已经针对有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解，可以设计出不脱离本文所公开的本发明的范围的其他实施例。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求书限制。

Claims (20)

1.一种光电集成电路，包括：
符合第一制造图案的第一背靠背结部件(BBJC)和第二BBJC，其中所述第一BBJC包括与第一B组p-n结(BPNJ)串联的第一A组p-n结(APNJ)，其中所述第二BBJC包括与第二BPNJ串联的第二APNJ；和
符合与所述第一制造图案叠加的第二制造图案的光学部件，其中所述光学部件与第一APNJ和第二APNJ重叠以限定第一p型重叠区域和第一n型重叠区域，其中，所述光学部件与第一BPNJ和第二BPNJ重叠以限定第二p型重叠区域和第二n型重叠区域，
其中，所述第一APNJ、所述第一BPNJ、所述第二APNJ和所述第二BPNJ沿着各自的方向设置，使得
所述第一p型重叠区域和所述第二p型重叠区域的尺寸基本相同，而与所述第一制造图案相对于所述第二制造图案的制造失准量无关，并且
所述第一n型重叠区域和所述第二n型重叠区域的尺寸基本相同，而与所述第一制造图案相对于所述第二制造图案的制造失准量无关。
2.根据权利要求1所述的光电集成电路，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有不同的掺杂类型顺序，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有相同的电连接顺序，
其中，所述第一APNJ和所述第二BPNJ沿第一方向设置，
其中，所述第一BPNJ和所述第二APNJ沿与所述第一方向相反的第二方向设置。
3.根据权利要求2所述的光电集成电路，
其中，所述第一BBJC是所述光电集成电路的沿所述第一方向具有各自的APNJ的第一多个BBJC中的一个，
并且所述第二BBJC是所述光电集成电路的沿所述第二方向具有各自的APNJ的第二多个BBJC中的一个，并且
其中，所述第一多个BBJC和所述第二多个BBJC基于预定方向交替顺序设置。
4.根据权利要求1所述的光电集成电路，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有不同的掺杂类型顺序，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有不同的电连接顺序，
其中，所述第一APNJ和所述第二BPNJ沿第一方向设置，
其中，所述第一BPNJ和所述第二APNJ沿与所述第一方向相反的第二方向设置。
5.根据权利要求4所述的光电集成电路，
其中，所述第一BBJC是所述光电集成电路的沿所述第一方向具有各自的APNJ的第一多个BBJC中的一个，
并且所述第二BBJC是所述光电集成电路的沿所述第二方向具有各自的APNJ的第二多个BBJC中的一个，并且
其中，所述第一多个BBJC和所述第二多个BBJC基于预定方向交替顺序设置。
6.根据权利要求1所述的光电集成电路，
其中，所述第一APNJ和所述第二APNJ与所述光学部件的第一光路重叠，并且
其中，所述第一BPNJ和所述第二BPNJ与所述光学部件的第二光路重叠。
7.根据权利要求1所述的光电集成电路，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有相同的掺杂类型顺序，并且
其中，所述第一APNJ、所述第一BPNJ、所述第二APNJ和所述第二BPNJ沿相同方向设置。
8.一种光调制器电路，包括：
适于传播所述光调制器电路的调制电压的第一电极和第二电极；
连接到所述第一电极和所述第二电极以接收所述调制电压的第一背靠背结部件(BBJC)和第二BBJC，其中第一BBJC包括与第一B组p-n结(BPNJ)串联的第一A组p-n结(APNJ)，其中所述第二BBJC包括与第二BPNJ串联的第二APNJ，其中所述第一BBJC和所述第二BBJC符合第一制造图案；和
适于传播所述光调制器电路的光信号的第一光波导和第二光波导，其中，所述第一光波导和所述第二光波导符合与所述第一制造图案叠加的第二制造图案，其中，所述第一光波导与所述第一APNJ和第二APNJ重叠以限定第一p型重叠区域和第一n型重叠区域，其中，所述第二光波导与所述第一BPNJ和第二BPNJ重叠以限定第二p型重叠区域和第二n型重叠区域，
其中，所述第一APNJ、所述第一BPNJ、所述第二APNJ和所述第二BPNJ沿着各自的方向设置为使得
所述第一p型重叠区域和所述第二p型重叠区域的尺寸基本相同，而与所述第一制造图案相对于所述第二制造图案的制造失准量无关，并且
所述第一n型重叠区域和所述第二n型重叠区域的尺寸基本相同，而与所述第一制造图案相对于所述第二制造图案的制造失准量无关，并且
其中，各个方向使用来自所述第一电极和所述第二电极的调制电压来减小调制光信号的不平衡。
9.根据权利要求8所述的光调制器电路，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有不同的掺杂类型顺序，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有相同的电连接顺序，
其中，所述第一APNJ和所述第二BPNJ沿第一方向设置，并且
其中，所述第一BPNJ和所述第二APNJ沿与所述第一方向相反的第二方向设置。
10.根据权利要求9所述的光调制器电路，
其中，所述第一BBJC是所述光调制器电路的沿所述第一方向具有各自的APNJ的第一多个BBJC中的一个，
并且所述第二BBJC是所述光调制器电路的沿着所述第二方向具有各自的APNJ的第二多个BBJC中的一个，并且
其中，所述第一多个BBJC、所述第二多个BBJC基于预定方向交替顺序设置。
11.根据权利要求8所述的光调制器电路，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有不同的掺杂类型顺序，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有不同的电连接顺序，
其中，所述第一APNJ和所述第二BPNJ沿第一方向设置，并且
其中，所述第一BPNJ和所述第二APNJ沿与所述第一方向相反的第二方向设置。
12.根据权利要求11所述的光调制器电路，
其中，所述第一BBJC是光电集成电路的沿第一方向具有各自的APNJ的第一多个BBJC中的一个，
并且，所述第二BBJC是光电集成电路的沿第二方向具有各自的APNJ的第二多个BBJC中的一个，并且
其中，所述第一多个BBJC、所述第二多个BBJC基于预定方向交替顺序设置。
13.根据权利要求8所述的光调制器电路，
其中，所述第一APNJ和所述第二APNJ被偏置以调制所述第一光波导的第一折射率，以及
其中，所述第一BPNJ和所述第二BPNJ被偏置以调制所述第二光波导的第二折射率。
14.根据权利要求8所述的光调制器电路，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有相同的掺杂类型顺序，并且
其中，所述第一APNJ、所述第一BPNJ、所述第二APNJ和所述第二BPNJ沿相同方向设置。
15.一种用于制造光电集成电路的方法，包括：
根据第一制造图案形成第一背靠背结部件(BBJC)和第二BBJC，其中所述第一BBJC包括与第一B组p-n结(BPNJ)串联的第一A组p-n结(APNJ)，其中所述第二BBJC包括与第二BPNJ串联的第二APNJ；并且
根据与所述第一制造图案叠加的第二制造图案形成光学部件，其中，所述光学部件与所述第一APNJ和所述第二APNJ重叠以限定第一p型重叠区域和第一n型重叠区域，其中，所述光学元件与所述第一BPNJ和所述第二BPNJ重叠以限定第二p型重叠区域和第二n型重叠区域，
其中，所述第一APNJ、所述第一BPNJ、所述第二APNJ和所述第二BPNJ沿着各自的方向设置，使得
所述第一p型重叠区域和第二p型重叠区域的尺寸基本相同，而与所述第一制造图案相对于所述第二制造图案的制造失准量无关，并且
所述第一n型重叠区域和所述第二n型重叠区域的尺寸基本相同，而与所述第一制造图案相对于所述第二制造图案的制造失准量无关。
16.根据权利要求15所述的方法，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有不同的掺杂类型顺序，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有相同的电连接顺序，
其中，所述第一APNJ和所述第二BPNJ沿第一方向设置，
其中，所述第一BPNJ和所述第二APNJ沿与所述第一方向相反的第二方向设置。
17.根据权利要求15所述的方法，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有不同的掺杂类型顺序，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有不同的电连接顺序，
其中，所述第一APNJ和所述第二BPNJ沿第一方向设置，
其中，所述第一BPNJ和所述第二APNJ沿与所述第一方向相反的第二方向设置。
18.根据权利要求17所述的方法，
其中，所述第一BBJC是所述光电集成电路的沿所述第一方向具有各自的APNJ的第一多个BBJC中的一个，
并且，所述第二BBJC是所述光电集成电路的沿所述第二方向具有各自的APNJ的第二多个BBJC中的一个，并且
其中，所述第一多个BBJC、所述第二多个BBJC基于预定方向交替顺序设置。
19.根据权利要求16所述的方法，
其中，所述第一BBJC是所述光电集成电路的沿所述第一方向具有各自的APNJ的第一多个BBJC中的一个，
并且，所述第二BBJC是所述光电集成电路的沿所述第二方向具有各自的APNJ的第二多个BBJC中的一个，并且
其中，所述第一多个BBJC、所述第二多个BBJC基于预定方向交替顺序设置。
20.根据权利要求15所述的方法，
其中，所述第一BBJC和所述第二BBJC具有相同的掺杂类型顺序，
其中，所述第一APNJ、所述第一BPNJ、所述第二APNJ和所述第二BPNJ沿相同方向设置。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11022825B2 (en) 2018-09-03 2021-06-01 Ciena Corporation Silicon photonics modulator using TM mode and with a modified rib geometry
US11683092B2 (en) 2020-02-24 2023-06-20 Ciena Corporation Loss-based wavelength meter
JP7447559B2 (ja) * 2020-03-05 2024-03-12 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光デバイスおよび光送受信機
US11768391B2 (en) 2021-02-05 2023-09-26 Ciena Corporation Carrier depletion-based silicon photonic modulator using capacitive coupling
US20210373410A1 (en) * 2021-04-13 2021-12-02 Intel Corporation Traveling waveguide in mach-zehnder modulator to facilitate phase match and impedance match
US11740533B2 (en) * 2021-09-14 2023-08-29 Ciena Corporation Providing a drive signal for optical modulator portions
US20240310688A1 (en) 2023-03-13 2024-09-19 Ciena Corporation RF crossing in an optical modulator for equalization

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2348293A (en) * 1999-03-25 2000-09-27 Bookham Technology Ltd Optical phase modulator
CN103907049A (zh) * 2011-10-26 2014-07-02 株式会社藤仓 光学元件以及马赫－曾德型光波导元件
US20140341499A1 (en) * 2013-05-17 2014-11-20 Stmicroelectronics Sa Dual static electro-optical phase shifter having two control terminals
US20140355925A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-04 Stmicroelectronics Sa Positive coefficient dynamic electro-optical phase shifter
US20140376852A1 (en) * 2013-05-07 2014-12-25 Stmicroelectronics Sa Electro-optical phase shifter having a low absorption coefficient

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9817249B2 (en) 2012-06-26 2017-11-14 Acacia Communications, Inc. Alternating traveling-wave Mach-Zehnder modulator
US9372381B2 (en) 2012-10-18 2016-06-21 Acacia Communications, Inc. Robust modulator circuits using lateral doping junctions
JP6581541B2 (ja) * 2016-05-27 2019-09-25 日本電信電話株式会社 光変調器
US9841618B1 (en) * 2017-04-19 2017-12-12 Ciena Corporation Optical modulator with improved efficiency

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2348293A (en) * 1999-03-25 2000-09-27 Bookham Technology Ltd Optical phase modulator
CN103907049A (zh) * 2011-10-26 2014-07-02 株式会社藤仓 光学元件以及马赫－曾德型光波导元件
US20140376852A1 (en) * 2013-05-07 2014-12-25 Stmicroelectronics Sa Electro-optical phase shifter having a low absorption coefficient
US20140341499A1 (en) * 2013-05-17 2014-11-20 Stmicroelectronics Sa Dual static electro-optical phase shifter having two control terminals
US20140355925A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-04 Stmicroelectronics Sa Positive coefficient dynamic electro-optical phase shifter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NING-NING FENG ETC.: "High speed carrier-depletion modulators with 1.4V-cm VπL integrated on 0.25μm silicon-oninsulator waveguides", 《OPTICS EXPRESS》 *

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US20180314083A1 (en) 2018-11-01
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