DE102016203859B4

DE102016203859B4 - PIN-Modulator mit ineinandergreifenden p- und n-dotierten Gebieten und Verfahren

Info

Publication number: DE102016203859B4
Application number: DE102016203859.1A
Authority: DE
Inventors: Douglas M. Gill
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2021-04-29
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: US20160266464A1; US9575339B2; GB201603607D0; CN105974612B; CN105974612A; US9575338B2; DE102016203859A1; US20160266416A1; GB2537726A

Abstract

Elektro-optischer Modulator (100), der aufweist:einen Teiler (105), der derart eingerichtet ist, dass er ein optisches Eingangssignal (110) in ein erstes optisches Eingangssignal und ein zweites optisches Eingangssignal teilt;ein erstes Gebiet, das derart eingerichtet ist, dass es von dem ersten optischen Eingangssignal durchlaufen wird;ein zweites Gebiet, das derart eingerichtet ist, dass es von dem zweiten nicht modulierten optischen Eingangssignal durchlaufen wird, undgenau einen Phasenmodulator (200) in dem ersten Gebiet, der derart eingerichtet ist, dass er das erste optische Eingangssignal mit einem HF-Signal (120) moduliert und ein erstes Ausgangssignal bereitstellt, wobei der Phasenmodulator (200) aufweist:n-dotierte Gebiete (240) und p-dotierte Gebiete (230) auf einem vergrabenen Oxid (220) auf einem Silizium-Substrat (210), wobei ein Großteil der n-dotierten Gebiete (240) und p-dotierten Gebiete (203) ineinandergreifend angeordnet ist, undein intrinsisches Gebiet (310) innerhalb jedes Paares aus einem der n-dotierten Gebiete (204) und einem der p-dotierten Gebiete (230) zwischen den ineinandergreifend angeordneten der n-dotierten Gebiete (240) und der p-dotierten Gebiete (230, wobeieine Breite des intrinsischen Gebiets (310), die konfiguriert ist, um eine Ausbreitungsgeschwindigkeit und Leitungsimpedanz des HF-Signals (120) zu steuern, das zum Modulieren des optischen Eingangssignals (105) in dem Modulator (100) verwendet wird, undeine Breite von jedem der n-dotierten Gebiete (240) und jedem der p-dotierten Gebiete (230), die konfiguriert sind, um eine optische Dämpfung des optischen Eingangssignals (110) des Modulators (100) zu steuern.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrooptische Modulation eines optischen Signals zum Transportieren von Daten und insbesondere einen PIN-Modulator mit ineinandergreifenden p- und n-dotierten Fingern (interdigitated PIN-modulator), gesteuerter Kapazität und vollständiger Verarmung.
Die Übertragung von Daten mithilfe optischer Signale erleichtert einen Transport über längere Entfernungen als mithilfe zahlreicher anderer Signalarten. Das optische Signal wird durch Modulieren von Licht mit den Daten unter Verwendung eines elektrooptischen Modulators (EOM) erzeugt, der zum Beispiel einen Interferenzprozess realisieren kann. Die Phase, Frequenz, Amplitude und/oder Polarisation eines Lichtstrahls können moduliert werden. Ein beispielhafter elektrooptischer Modulator, der eine Amplitude eines Lichtstrahls moduliert, ist ein Mach-Zehnder-Interferometer (MZI). Das MZI weist einen Strahlteiler auf, der Licht in zwei Pfade aufteilt, von denen mindestens einer einen Phasenmodulator aufweist. Die Lichtstrahlen auf den beiden Pfaden werden wieder vereinigt, und auf Grundlage des elektrischen Feldes auf dem modulierten Pfad/den modulierten Pfaden interferieren die zwei Strahlen, um die Amplitude oder Intensität eines sich ergebenden Lichts an einem speziellen optischen Ausgang der Einheit zu steuern.
Im Kontext des hier vorgestellten Konzeptes gibt es bereits Dokumente, welche technisch verwandte Konzepte beschreiben. Das Dokument US 9 971 173 B2 beschreibt einen aus Halbleitermaterial bestehenden elektro-optischen Phasenschieber, ein Segment eines optischen Wellenleiters, das auf einem Substrat ausgebildet ist, und erste und zweite Zonen aus Material entgegengesetzt leitenden Typs. Sie sind konfiguriert, um einen ersten bipolaren Übergang senkrecht zum Substrat zu bilden.
Außerdem beschreibt das Dokument von Huang X R et al, „An Interdigitated Stacked p-i-n Multiple Quantum-Well Modulator", veröffentlicht in IEEE Photonics Technology Letters Vol.8, No.9, Seiten 1172-1174, (1996) einen Niederspannungsbetrieb eines n-i-p-i Modulators, bei dem fingerförmige InGaAs-GaAs-Strukturen verwendet werden. Darüber hinaus beschreibt das Dokument US 2003 / 0 169 478 A1 einen optischen Modulator mit einer reduzierten Treiberspannung. Der Modulator weist einen optischen Wellenleiter auf einen kristallinen Substrat auf. Dabei befindet sich eine Signalelektrode auf einer auf dem Substrat dachförmig ausgebildeten Struktur. Masseelektroden sind beiseitig zur Signalelektrode angeordnet.
KURZDARSTELLUNG
Das hier vorgestellte erfinderische Konzept wird durch die unabhängigen Ansprüche beschrieben. Weitere Ausgestaltungen sind durch die jeweils abhängigen Ansprüche beschrieben.
Weitere Merkmale und Vorteile werden mithilfe der Techniken der vorliegenden Erfindung realisiert. Andere Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung werden nachfolgend ausführlich beschrieben und als ein Teil der beanspruchten Erfindung angesehen. Für ein besseres Verständnis der Erfindung mitsamt den Vorteilen und Merkmalen sollten die Beschreibung und die Zeichnungen herangezogen werden.
Figurenliste
Der als Erfindung betrachtete Gegenstand wird in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung besonders aufgezeigt und ausdrücklich beansprucht. Das Vorangehende sowie andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind ersichtlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, gelesen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:

1 ein beispielhafter elektrooptischer Modulator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
2 eine Schnittansicht des Modulators mit ineinandergreifenden p- und n-dotierten Fingern in dem in 1 gezeigten Phasenänderungsgebiet ist;
3 ist eine Draufsicht einer Schnittansicht des in 1 gezeigten Phasenänderungsgebiets ist;
4 eine beispielhafte Breite des intrinsischen Gebiets gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
5 eine weitere beispielhafte Breite des intrinsischen Gebiets gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
6 eine beispielhafte Breite der dotierten Gebiete gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
7 eine weitere beispielhafte Breite der dotierten Gebiete gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
8 bis 13 Schnittansichten sind, die Prozessschritte veranschaulichen, die in eine Herstellung des Phasenverschiebungsgebiets des elektrooptischen Modulators gemäß beispielhaften Ausführungsformen einbezogen sind, wobei:
8 eine Schnittansicht einer Zwischenstruktur mit einem auf einem vergrabenen Oxid ausgebildeten geätzten SOI veranschaulicht;
9 eine andere Perspektive eines Schnitts der in 8 gezeigten Zwischenstruktur veranschaulicht;
10 eine Schnittansicht einer Implantation des Materials des n-Typs zum Ausbilden des n-dotierten Gebiets in einer weiteren Zwischenstruktur zeigt;
11 eine andere Perspektive eines Schnittes der in 10 gezeigten Zwischenstruktur zeigt;
12 eine Schnittansicht einer Implantation des Materials des p-Typs zum Ausbilden des p-dotierten Gebiets in einer weiteren Zwischenstruktur zeigt;
13 eine andere Perspektive eines Schnitts der in 12 gezeigten Zwischenstruktur zeigt, bei der das lichtempfindliche Material entfernt wurde, und
14 eine Draufsicht einer Schnittansicht des in 1 gezeigten Phasenänderungsgebiets gemäß einer alternativen Ausführungsform ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie vorstehend angemerkt, erleichtert ein EOM das Übertragen von Daten in größere Entfernungen mithilfe eines optischen Signals. Ein MZI ist ein beispielhafter EOM, der Amplituden-, Phasen-, Frequenz- und/oder Polarisationsmodulation durchführt und von einer Impedanz- und Geschwindigkeitsanpassung in dem Gebiet mit einer Wechselwirkung zwischen HF- und optischem Signal profitiert. Das bedeutet, innerhalb des MZI muss das die Daten führende Hochfrequenzsignal (radio frequency (RF) signal) dieselbe Ausbreitungsgeschwindigkeit wie das optische Signal (Licht) aufweisen, um das optische Signal richtig zu modulieren. Die Impedanzanpassung verhindert eine Reflexion des HF-Signals sowohl an dem elektrischen Eingang als auch an dem Ende der Einheit. Die Wechselwirkung des HF- und des optischen Signals bzw. die Modulation des optischen Signals mit der HF-Energie tritt auf, während die Signale eine elektrooptische PIN-Diode (PIN-Modulator) passieren. Eine PIN-Diode weist ein intrinsisches Gebiet zwischen dem p- und n-dotierten Gebiet auf. Ein PIN-Modulator mit ineinandergreifenden p- und n-dotierten Fingern weist n-dotierte Finger auf, die sich von dem n-dotierten Gebiet aus erstrecken und mit p-dotierten Fingern ineinandergreifen, die sich von dem p-dotierten Gebiet aus erstrecken. Durch das ineinandergreifende p-dotierte und n-dotierte Gebiet wird eine Lücke zwischen diesen definiert.
Ausführungsformen der hier ausführlich beschriebenen Systeme und Verfahren betreffen ein Steuern der Kapazität des PIN-Modulators zum Steuern einer HF-Ausbreitungsgeschwindigkeit und -Leitungsimpedanz und ein Steuern der Größe der Dotierungsgebiete, um eine optische Dämpfung herbeizuführen. Insbesondere wird, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, die Lücke zwischen einem ineinandergreifenden p- und einem n-dotierten Gebiet gesteuert, um eine Kapazität zu steuern, und für eine gegebene Breite und Spannung der Lücke wird die Schmalheit der p- und n-dotierten Finger verwendet, um eine Verarmung und damit eine optische Dämpfung zu steuern. Das bedeutet, eine optische Dämpfung wird minimiert, wenn eine vollständige Verarmung der n-dotierten und p-dotierten Finger erreicht wird. Bei einer gegebenen Spannung (elektrische Feldstärke in der Lücke) und Breite der Lücke trägt ein Verschmälern der dotierten Gebiete (Finger) dazu bei, mehr Verarmung zu erreichen. Die zum Ansteuern des EOM verfügbare Spannung beruht auf dem speziellen Treiber, der verwendet wird. Ein Treiber kann auf einem anderen Chip hergestellt sein (und kann eine andere Technologie verwenden), der in einer Flip-Chip-Anordnung mit dem EOM angeordnet ist. Ein derartiger Treiber kann eine höhere Spannung bereitstellen als beispielsweise ein On-Chip-Treiber des EOM. Eine Dotierungsstoffkonzentration beeinflusst ebenfalls eine Verarmung. Diese Variable ist begrenzt, da eine zu niedrige Konzentration die Modulation des optischen Signals verschlechtert, während eine zu hohe Konzentration eine ausreichende Verarmung bei einer erreichbaren Schmalheit der Finger verhindert.
1 zeigt einen beispielhaften elektrooptischen Modulator 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In dem beispielhaften Modulator 100 wird ein optisches Eingangssignal 110, bei dem es sich um ein Dauerstrichsignal (continuous wave signal) handeln kann, mithilfe eines Teilers 105 geteilt. Jedes hierdurch entstehende optische Signal durchläuft ein Phasenverschiebungsgebiet 145, wo HF-Signale 120 (die zueinander invers sind) an jeder Seite des Teilers 105 zugeführt werden, der das eingehende optische Signal 110 teilt. Wie vorstehend erwähnt, weist bei alternativen Ausführungsformen möglicherweise nur eine der beiden Seiten des Teilers 105 ein Phasenverschiebungsgebiet 145 auf. Die als die Schnittlinie des Wechselwirkungsgebiets (Phasenverschiebungsgebiet 145) der Einheit gezeigte Linie 140 wird in 1 gezeigt. Diese Linie 140 verläuft durch beide Phasenverschiebungsgebiete 145. Wie nachfolgend ausführlicher erörtert, weist dieses Phasenverschiebungsgebiet 145 gemäß Ausführungsformen der Erfindung einen Phasenmodulator 200 mit ineinandergreifenden p-dotierten und n-dotierten Fingern (2) auf. Der Phasenmodulator 200 mit ineinandergreifenden p-dotierten und n-dotierten Fingern ist eine in Sperrrichtung betriebene Diode. Durch das HF-Datensignal 120 (oder das zu ihm inverse, als „data-bar“ bezeichnet) wird Spannung moduliert, die an die Diode (Phasenmodulator 200 mit ineinandergreifenden p-dotierten und n-dotierten Fingern) angelegt ist. Die nachfolgend erörterte 14 veranschaulicht die Einheit 100 mit dem Treiber für den elektrooptischen Modulator 100. Diese Spannung wirkt sich auf die Trägerdichte in der Diode aus, die sich wiederum auf das optische Eingangssignal 110 auswirkt, das geteilt und jedem Phasenmodulator 200 mit ineinandergreifenden p-dotierten und n-dotierten Fingern zugeführt wird. Insbesondere ändert die spannungsbeeinflusste Trägerdichte die Ausbreitungsgeschwindigkeit des optischen Eingangssignals 110, das geteilt und dem Phasenmodulator 200 mit ineinandergreifenden p-dotierten und n-dotierten Fingern zugeführt wird. Optische Ausgangssignale von jedem der Phasenmodulatoren 200 mit ineinandergreifenden p-dotierten und n-dotierten Fingern auf jeder Seite des Teilers 105 werden mithilfe eines Interferometers wieder vereinigt. Die Interferenz zwischen den zwei Seiten des Teilers 105 hat das codierte Licht 130 zur Folge. Wie vorstehend angemerkt, wird bei alternativen Ausführungsformen der Phasenmodulator 200 mit ineinandergreifenden p-dotierten und n-dotierten Fingern möglicherweise auf nur einer Seite des Teilers 105 angewendet. In diesem Fall ist das codierte Licht 130 das Ausgangssignal des einen Phasenmodulators 200 mit ineinandergreifenden p-dotierten und n-dotierten Fingern, das mit der Ausgabe des zweiten nicht modulierten optischen Signals interferiert.
2 ist eine Schnittansicht des Phasenmodulators 200 mit ineinandergreifenden p-dotierten und n-dotierten Fingern in dem in 1 gezeigten Phasenänderungsgebiet 145. Da das p-dotierte Gebiet 230 und das n-dotierte Gebiet 240 ineinandergreifen, liegt eines in der Schnittansicht aus 2 hinter dem anderen, mit einem intrinsischen Gebiet 310 dazwischen. Diese Anordnung wird deutlicher in der Draufsicht der Schnittansicht des Phasenmodulators 200 mit ineinandergreifenden p-dotierten und n-dotierten Fingern in 3 gezeigt. Es wird ein Siliciumsubstrat 210 mit einer vergrabenen Oxidschicht 220 darüber gezeigt. Das p-dotierte Gebiet 230 und das n-dotierte Gebiet 240 sind in dem Silicium auf der vergrabenen Oxidschicht 220 ausgebildet. Kontakte 250 und Elektroden 260 sind über den ohmschen Kontakten 235, 245 ausgebildet, die in Silicium des p-dotierten Gebiets 230 und des n-dotierten Gebiets 240 ausgebildet sind. Das optische Eingangssignal 110 aus dem Teiler 105 bewegt sich in einer Richtung, die senkrecht zu der in 1 gezeigten Schnittlinie 140 verläuft. Daher bewegt sich das optische Eingangssignal 110 bei 270 in die Figur hinein. Auf Grundlage der Breite (Tiefe in der Perspektive von 2) des p-dotierten Gebiets 230 und des n-dotierten Gebiets 240 wird möglicherweise eine vollständige Verarmung dieser Gebiete 230, 240 erreicht. Das bedeutet, es können vorwiegend alle Träger aus den Gebieten 230, 240 entfernt werden, die das optische Eingangssignal 110 durchläuft. Daher würde die vollständige Verarmung eine optische Streckendämpfung des optischen Signals 110 minimieren, während es sich entlang 127 bewegt, um das Phasenverschiebungsgebiet 145 zu durchlaufen. Die Draufsicht in 3 zeigt nicht die Elektroden 260 oder Kontakt-Vias 250, die oberhalb des peripheren p-dotierten Gebiets 230 und des n-dotierten Gebiets 240 angeordnet wären, aus denen die Finger hervorragen. 3 zeigt nur das p-dotierte Gebiet 230 und das n-dotierte Gebiet 240, wobei die Finger von beiden ineinandergreifen. Die Bewegungsrichtung des optischen Eingangssignals wird durch 270 gezeigt. Das Gebiet zwischen jedem p-dotierten Finger und n-dotierten Finger entlang 270 (intrinsisches Gebiet 310 zwischen den Fingern) ist die Lücke, die im Hinblick auf Kapazität von Interesse ist, wie nachfolgend näher erörtert wird.
4 und 5 veranschaulichen zwei beispielhafte Breiten des intrinsischen Gebiets 310 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. 4 und 5 sind Schnitte entlang 270, wie in 3 gezeigt. Daher bewegt sich das optische Eingangssignal 110 in der durch 270 gezeigten Richtung. Das p-dotierte Gebiet 230 und das n-dotierte Gebiet 240 werden miteinander abwechselnd (ineinandergreifend) in der Bewegungsrichtung 270 des optischen Eingangssignals 110 gezeigt, wobei eine Lücke das intrinsische Gebiet 310 definiert, das die zwei Gebiete 230, 240 trennt. Die Lücke bzw. das intrinsische Gebiet 310 in 4 ist schmaler als das intrinsische Gebiet 310 in 5. Je größer die Breite des intrinsischen Gebiets 310 zwischen dem p-dotierten Gebiet 230 und dem n-dotierten Gebiet 240 ist, desto niedriger ist die Kapazität. Und je niedriger die Kapazität ist, desto höher ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des HF-Signals 120, und desto höher ist auch die Leitungsimpedanz der MZI-Elektroden-Übertragungsleitung. Daher hätte die in 5 gezeigte Anordnung eine niedrigere Kapazität und damit eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit für das HF-Signal 120 zur Folge als die in 4 gezeigte Anordnung. Außerdem würde die Anordnung in 5 zu einer höheren HF-Leitungsimpedanz führen als die Anordnung in 4. Eine höhere HF-Leitungsimpedanz bedeutet, dass die MZI-Elektroden-Übertragungsleitung eine höhere Spannung und eine niedrigere Stromstärke aufweisen kann. Durch Steuern der Breite des intrinsischen Gebiets 310 zwischen dem p-dotierten Gebiet 230 und dem n-dotierten Gebiet 240 kann die HF-Ausbreitungsgeschwindigkeit nach Bedarf gesteuert werden (erhöht oder verringert), und die HF-Leitungsimpedanz kann entsprechend erhöht oder verringert werden. Das größere intrinsische Gebiet 310 (z.B. in der Größenordnung von 50 Nanometer oder größer) mindert außerdem die Notwendigkeit einer Gleichstromvorspannung (DC bias), um zu verhindern, dass sich Elektronen und Löcher in dem PIN-Übergang mischen, wenn das HF-Signal 120 über dem Übergang geringfügig in eine positive Vorspannung schwingt, und ermöglicht, dass ein HF-Signal 120, das bei 0 Volt zentriert ist, an die Diode des Phasenmodulators 200 mit ineinandergreifenden p-dotierten und n-dotierten Fingern angelegt wird. Dass es bei dem HF-Signal 120 nicht erforderlich ist, eine DC-Vorspannung anzulegen oder einen minimalen DC-Offset anzuwenden, kann die Leistungsaufnahme senken.
6 und 7 veranschaulichen zwei beispielhafte Breiten der dotierten Gebiete 230, 240 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. 6 und 7 sind wie 4 und 5 Schnitte entlang 270, wie in 3 gezeigt. Das optische Eingangssignal 110 bewegt sich in der durch 270 gezeigten Richtung. Die Breite des p-dotierten Gebiets 230 und des n-dotierten Gebiets 240 ist in 6 im Vergleich zu der Breite des p-dotierten Gebiets 230 und des n-dotierten Gebiets 240 in 7 breiter. Die Lücke (intrinsisches Gebiet 310) zwischen dem p-dotierten Gebiet 230 und dem n-dotierten Gebiet 240 kann in 6 und 7 gleich (oder unterschiedlich sein). Bei einer gegebenen (gleichen) Lücke und Dotierungskonzentration in den beiden 6 und 7 tritt bei den schmaleren Fingern (p-dotiertes Gebiet 230 und n-dotiertes Gebiet 240, in 7 gezeigt) eine vollständigere Verarmung als bei den in 6 gezeigten breiteren Fingern ein. Je höher die Verarmung entlang 270 ist, desto niedriger ist die optische Dämpfung, die bei dem Eingangssignal 110 auftritt, das in dem Phasenverschiebungsgebiet 145 moduliert wird, und desto niedriger ist daher die optische Dämpfung des codierten Lichts 130. Daher würde gemäß der für 6 und 7 gezeigten Anordnung 7 zu einer verringerten optischen Dämpfung führen.
8 bis 13 sind Schnittansichten, die Prozessschritte veranschaulichen, die in eine Herstellung des Phasenverschiebungsgebiets 145 des elektrooptischen Modulators 100 gemäß Ausführungsformen der Erfindung einbezogen sind. Die in 8 gezeigte Zwischenstruktur 800 ist eine Schnittansicht entlang dem Phasenverschiebungsgebiet 145 (entlang 270). Eine geätzte Siliciumauf-Isolator-Schicht (silicon-on-insulator layer, SOI-Schicht) 215 ist auf der vergrabenen Oxidschicht 220 ausgebildet, die auf dem Substrat 210 ausgebildet ist. Eine Schnittansicht derselben Struktur 800 durch das Phasenverschiebungsgebiet 145 wird in 9 gezeigt. Die geätzten Gebiete der SOI-Schicht 215 sind in der Ansicht aus 9 zu sehen. Das Ätzen der SOI-Schicht 215 kann mithilfe bekannter Photolithographietechniken erreicht werden. 10 veranschaulicht eine Zwischenstruktur 1000, die davon herrührt, dass ein lichtempfindliches Material 1010 über der SOI-Schicht 215 aufgebracht und strukturiert wird, gefolgt von einer Implantation von Material des n-Typs (z.B. Phosphor), um das n-dotierte Gebiet 240 herzustellen. Durch das lichtempfindliche Material 1010 wird eine Linie und/oder eine Lücke durch die photolithographische Verarbeitung definiert. Die kritische Abmessung kann zum Beispiel eine Breite von etwa 200 Nanometern (nm) sein. Die Schnittansicht derselben Struktur 1000 in 11 zeigt, dass das n-dotierte Gebiet 240 auf einer Seite der Struktur 1000 ausgebildet ist. Das bedeutet, die Schnittansicht in 11 verläuft durch das Phasenverschiebungsgebiet 145. Daher muss, wie in der Draufsicht aus 3 gezeigt, die andere Seite der Struktur 1000 (gemäß der Ansicht aus 10 die Rückseite) aufgrund der Strukturierung durch das lichtempfindliche Material 1010 geschützt werden, um eine Implantation von Material des n-Typs über die gesamte Struktur 1000 zu verhindern. Wie 10 zeigt, erleichtert das Strukturieren des lichtempfindlichen Materials 1010 ein Steuern der Breite des n-dotierten Gebiets 240.
12 veranschaulicht eine Zwischenstruktur 1200, die davon herrührt, dass ein lichtempfindliches Material 1010 über dem n-dotierten Gebiet 240 aufgebracht und strukturiert wird, und dass ein Material des p-Typs (z.B. Bor) implantiert wird, um das p-dotierte Gebiet 230 herzustellen. Die Struktur 1300, die von einem Entfernen des lichtempfindlichen Materials 1010 herrührt, wird in 13 gezeigt. Die Ansicht in 13 ist eine Schnittansicht durch das Phasenverschiebungsgebiet 145. Daher liegen gemäß der Draufsicht in 3 das p-dotierte Gebiet 230 und das n-dotierte Gebiet 240 nicht nebeneinander, sondern stattdessen hintereinander, mit dem intrinsischen Gebiet 310 zwischen den beiden. Das bedeutet, die SOI 215 zwischen dem p-dotierten Gebiet 230 und dem n-dotierten Gebiet 240 ist das intrinsische Material 310. Wie 12 zeigt, erleichtert ein Steuern der Strukturierung des lichtempfindlichen Materials 1010 ein Steuern der Breite des p-dotierten Gebiets 230. Ferner erleichtert ein Steuern der Strukturierung auch ein Steuern der Breite des intrinsischen Materials 310 bzw. der Entfernung zwischen dem benachbarten p-dotierten und n-dotierten Gebiet 230, 240. Die HF-Leitungsimpedanz der in 13 gezeigten Struktur 1300 ist überwiegend durch die Leitungskapazität des PIN-Übergangs festgelegt, der durch die vorstehend beschriebene Verarbeitung ausgebildet wurde. Durch Steuern der Breite des p-dotierten, des n-dotierten und des intrinsischen Gebiets 230, 240, 310 zwischen der n- und p-Dotierung wird die Leitungskapazität des elektrooptischen PIN-Übergangs steuerbar definiert. Durch die Implantation ohmscher Kontakte vor einem Ausbilden der Kontakte 250 und der Elektroden 260 wird die Verarbeitung vervollständigt.
14 ist eine Draufsicht auf eine Schnittansicht des in 1 gezeigten Phasenänderungsgebiets 145 gemäß einer anderen als der mit Bezug auf 3 erörterten Ausführungsform. Wie vorstehend angemerkt, wird durch die ineinandergreifende Anordnung des p-dotierten Gebiets 230 und des n-dotierten Gebiets 240 eine Lücke in jedem Satz Finger (jedes Paar aus einem p-dotierten Gebiet 230 und n-dotierten Gebiet 240) definiert und, bei einer gegebenen Breite und Spannung der Lücke wird durch ein Verschmälern der Finger eine vollständige Verarmung der dotierten Gebiete erleichtert. Wie ebenfalls vorstehend angemerkt, zum Beispiel beim Vergleich der 4 und 5, hat eine Vergrößerung der Lücke (intrinsisches Gebiet 310) zwischen dem p-dotierten Gebiet 230 und dem n-dotierten Gebiet 240 eine verringerte Kapazität zur Folge. Die durch 14 veranschaulichte Ausführungsform ist ein Kompromiss zwischen der ineinandergreifenden Anordnung zum Erreichen einer vollständigen Verarmung und der vergrößerten Lücke zum Verringern einer Kapazität. Insbesondere können ein „Finger“ des n-dotierten Gebiets 230, wie in 14 gezeigt, oder ein „Finger“ des p-dotierten Gebiets oder beide in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen über die Länge des Phasenmodulators 200 mit ineinandergreifenden p-dotierten und n-dotierten Fingern (entlang der Linie 270) weggelassen werden. Im Extremfall kann die Gesamtheit der p-dotierten Finger (230) oder der n-dotierten Finger (240) entfernt werden. Wie 14 zeigt, vergrößert das Weglassen eines der p-dotierten Finger (230) die Lücke (z.B. 1410, gezeigt in 14) im Vergleich zu der regulären Lücke, die durch das intrinsische Gebiet 310 zwischen den ineinandergreifenden p-dotierten Gebieten 230 und n-dotierten Gebieten 240 gezeigt wird. Die Breite der Lücke 1410 wird durch das p-dotierte Gebiet 230 und das n-dotierte Gebiet 240 definiert, von denen aus Finger vorstehen, und ist breiter als das durch 310 gezeigte intrinsische Gebiet. Während diese vergrößerte Lücke 1410 eine Verringerung der Kapazität zur Folge hat, erleichtert das Beibehalten der ineinandergreifenden Anordnung im überwiegenden Teil des Phasenverschiebungsgebiets 145 die Verarmung, die zum Minimieren einer optischen Dämpfung benötigt wird.
Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht einschränken. Die Singularformen wie „ein“, „eine“ und „der“, „die“, „das“ sollen ebenfalls die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig auf etwas anderes hinweist. Ferner versteht sich, dass die Begriffe „aufweist“ und/oder „aufweisend“ in dieser Beschreibung das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten beschreiben, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen von diesen nicht ausschließen.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen sowie Äquivalente aller Mittel oder Schritt-plus-Funktion-Elemente in den folgenden Ansprüchen sollen jede beliebige Struktur, jedes beliebige Material oder jede beliebige Handlung zum Ausführen der Funktion in Verbindung mit anderen beanspruchten Elementen als ausdrücklich beansprucht beinhalten. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt und soll nicht vollständig oder auf die offenbarte Form der Erfindung beschränkt sein. Für Fachleute werden zahlreiche Modifikationen und Variationen offensichtlich sein, die aber keine Abweichung vom Schutzbereich der Erfindung und dem Erfindungsgedanken darstellen. Die Ausführungsform wurde ausgewählt und beschrieben, um die Grundgedanken der Erfindung und die praktische Anwendung bestmöglich zu erläutern, und um Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung im Hinblick auf verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen zu verstehen, die für die spezielle, in Betracht gezogene Verwendung geeignet sind.
Die hier gezeigten Ablaufpläne stellen lediglich ein Beispiel dar. Es können zahlreiche Variationen dieses Schaubilds oder der darin beschriebenen Schritte (oder Operationen) vorliegen, ohne dass dies ein Abweichen von dem Sinn der Erfindung bedeuten würde. Zum Beispiel können die Schritte in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, oder Schritte können hinzugefügt, gelöscht oder modifiziert werden. Alle diese Variationen werden als ein Teil der beanspruchten Erfindung angesehen.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, sollte beachtet werden, dass Fachleute sowohl jetzt als auch zukünftig verschiedene Verbesserungen und Erweiterungen vornehmen können, die in den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche fallen. Diese Ansprüche sollten so aufgefasst werden, dass sie den ordnungsgemäßen Schutz der zuerst beschriebenen Erfindung aufrechterhalten.
Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zum Zweck der Veranschaulichung vorgelegt und sollen nicht vollständig oder auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein. Für Fachleute werden zahlreiche Modifikationen und Variationen offensichtlich sein, die aber keine Abweichung vom Schutzbereich und Sinn der beschriebenen Ausführungsformen darstellen. Die hier verwendete Terminologie wurde im Hinblick darauf gewählt, die Grundgedanken der Ausführungsformen und die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber marktüblichen Technologien bestmöglich zu erläutern, oder um andere Fachleute in die Lage zu versetzen, die hier offenbarten Ausführungsformen zu verstehen.

Claims

Elektro-optischer Modulator (100), der aufweist: einen Teiler (105), der derart eingerichtet ist, dass er ein optisches Eingangssignal (110) in ein erstes optisches Eingangssignal und ein zweites optisches Eingangssignal teilt; ein erstes Gebiet, das derart eingerichtet ist, dass es von dem ersten optischen Eingangssignal durchlaufen wird; ein zweites Gebiet, das derart eingerichtet ist, dass es von dem zweiten nicht modulierten optischen Eingangssignal durchlaufen wird, und genau einen Phasenmodulator (200) in dem ersten Gebiet, der derart eingerichtet ist, dass er das erste optische Eingangssignal mit einem HF-Signal (120) moduliert und ein erstes Ausgangssignal bereitstellt, wobei der Phasenmodulator (200) aufweist: n-dotierte Gebiete (240) und p-dotierte Gebiete (230) auf einem vergrabenen Oxid (220) auf einem Silizium-Substrat (210), wobei ein Großteil der n-dotierten Gebiete (240) und p-dotierten Gebiete (203) ineinandergreifend angeordnet ist, und ein intrinsisches Gebiet (310) innerhalb jedes Paares aus einem der n-dotierten Gebiete (204) und einem der p-dotierten Gebiete (230) zwischen den ineinandergreifend angeordneten der n-dotierten Gebiete (240) und der p-dotierten Gebiete (230, wobei eine Breite des intrinsischen Gebiets (310), die konfiguriert ist, um eine Ausbreitungsgeschwindigkeit und Leitungsimpedanz des HF-Signals (120) zu steuern, das zum Modulieren des optischen Eingangssignals (105) in dem Modulator (100) verwendet wird, und eine Breite von jedem der n-dotierten Gebiete (240) und jedem der p-dotierten Gebiete (230), die konfiguriert sind, um eine optische Dämpfung des optischen Eingangssignals (110) des Modulators (100) zu steuern.
Modulator (100) nach Anspruch 1, der ferner ein Interferometer aufweist, um ein codiertes Lichtsignal (130) auf Grundlage einer Interferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten nicht modulierten optischen Eingangssignal, das das zweite Gebiet durchlaufen hat, auszugeben.
Modulator (100) nach Anspruch 2, wobei die Breite des intrinsischen Gebiets (310) vergrößert wird, um die Ausbreitungsgeschwindigkeit des HF-Signals (120) und die Leitungsimpedanz zu vergrößern.
Modulator (100) nach Anspruch 1, wobei die Breite von jedem der n-dotierten Gebiete und jedem der p-dotierten Gebiete verringert wird, um die optische Dämpfung zu verringern.
Modulator (100) nach Anspruch 1, wobei alle n-dotierten Gebiete (240) und alle p-dotierten Gebiete (230) ineinandergreifend angeordnet sind.
Modulator (100) nach Anspruch 1, wobei die n-dotierten Gebiete (240) und p-dotierten Gebiete (230) über einen Großteil des ersten Gebiets ineinandergreifen.
Modulator (100) nach Anspruch 1, wobei die n-dotierten (240) Gebiete und p-dotierten Gebiete (230), die nicht ineinandergreifen, einen größeren Abstand zueinander aufweisen.
Verfahren zum Ausbilden eines Phasenmodulators (200), wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden p-dotierter Gebiete (230) und n-dotierter Gebiete (240) auf einem vergrabenen Oxid (220) auf einem Silizium-Substrat (210), wobei das Ausbilden ein Ausbilden eines Großteils der p-dotierten Gebiete (230) und n-dotierten Gebiete (240) in einer ineinandergreifenden Anordnung aufweist; Ausbilden eines intrinsischen Gebiets (310) in jedem Satz aus einem der p-dotierten Gebiete (230) und einem der n-dotierten Gebiete (240) unter den ineinandergreifend angeordneten der n-dotierten Gebiete (240) und der p-dotierten Gebiete (230); Konfigurieren einer Breite von jedem der p-dotierten Gebiete (230) und jedem der n-dotierten Gebiete (240), um eine optische Dämpfung des Phasenmodulators (200) zu steuern, und Konfigurieren einer Breite des intrinsischen Gebiets (310) zwischen jedem der p-dotierten Gebiete (230) und jedem benachbarten der n-dotierten Gebiete (240) zwischen den ineinandergreifend angeordneten n-dotierten Gebieten (240) und p-dotierten Gebieten (230), um eine Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Hochfrequenzsignals (120) durch den Phasenmodulator (200) und eine Leitungsimpedanz zu steuern.