DE102021109469B4

DE102021109469B4 - Optokoppler und verfahren zum betrieb eines optokopplers

Info

Publication number: DE102021109469B4
Application number: DE102021109469.0A
Authority: DE
Inventors: Stanley Cheung; Di Liang; Sudharsanan Srinivasan
Original assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2041-04-16
Also published as: US11630334B2; CN114252959A; DE102021109469A1; CN114252959B; US20220091446A1

Abstract

Ein Optokoppler (100, 200, 300, 400, 500), umfassend:eine erste Lichtwellenleiter-Basisschicht (106, 306, 406, 506) und eine zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht (108, 308, 408, 508), wobei mindestens eine von der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht eine Dotierung eines ersten Typs aufweist;einen Abstand (111) zwischen der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht;eine Isolierschicht (110, 310, 410, 510), die direkt und ohne Unterbrechung über dem Abstand und mindestens einem Abschnitt sowohl der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht als auch der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist, wobei die Isolierschicht außerhalb des Abstands angeordnet ist;eine Halbleitermaterialschicht (116, 316, 416, 516), die ohne Unterbrechung über der Isolierschicht angeordnet ist, wobei überlappende Abschnitte der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht, der Isolierschicht und der Halbleitermaterialschicht einen ersten Lichtwellenleiter (107, 307, 407, 507) bilden, und wobei überlappende Abschnitte der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht, der Isolierschicht und der Halbleitermaterialschicht einen zweiten Lichtwellenleiter (109, 309, 409, 509) bilden, wobei der Abstand zum Koppeln von Licht zwischen dem zweiten Lichtwellenleiter und dem ersten Lichtwellenleiter konfiguriert ist; undeine Mehrzahl von Metallkontakten (120, 122, 324, 326, 328, 330, 424, 426, 428, 430, 524, 526, 528, 530), die in Kontakt mit der Halbleitermaterialschicht und mindestens einer von der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet sind und dazu konfiguriert sind, eine oder mehrere erste Vorspannungen zu empfangen, um einen von dem ersten Lichtwellenleiter und dem zweiten Lichtwellenleiter in einem Akkumulationsmodus zu betreiben.

Description

ERKLÄRUNG DER REGIERUNGSRECHTE
Diese Erfindung wurde mit Unterstützung der Regierung unter DE-AR0001039 vom DOE, Office of ARPA-E, gemacht. Die Regierung hat bestimmte Rechte an dieser Erfindung.
HINTERGRUND
Ein optisches Kommunikationssystem ermöglicht im Allgemeinen die Kommunikation über größere Entfernungen mit höherer Bandbreite bei geringerer Kabelbreite (oder geringerem Durchmesser) im Vergleich zu Kommunikationssystemen mit elektrischen Leitungen. Im optischen Kommunikationssystem kann ein von einer Lichtquelle (z. B. einem Laser) erzeugtes Licht von einer ersten optischen Vorrichtung zu einer zweiten optischen Vorrichtung über Lichtwellenleiter übertragen werden. Die US 2015/0 055 910 A1 ist auf einen hybriden optischen MOS-Modulator gerichtet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Spezifikation werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Zeichnungen darstellen, wobei:

1 eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Optokopplers gemäß einem Beispiel zeigt;
2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den Optokoppler von 1 gemäß einem Beispiel zeigt;
3 eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Optokopplers gemäß einem anderen Beispiel zeigt;
4 eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Optokopplers gemäß einem anderen Beispiel zeigt;
5 eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Optokopplers, gemäß einem weiteren Beispiel; und
6 ein Flussdiagramm zeigt, das ein Verfahren zum Betrieb eines Optokopplers gemäß einem Beispiel darstellt.

Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale in den Zeichnungen nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr wurden in den Zeichnungen die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur besseren Übersichtlichkeit beliebig vergrößert oder verkleinert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Wo immer möglich, werden in den Zeichnungen und der folgenden Beschreibung gleiche Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile zu verweisen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nur der Veranschaulichung und Beschreibung dienen. Obwohl in diesem Dokument mehrere Beispiele beschrieben werden, sind Änderungen, Anpassungen und andere Implementierungen möglich. Dementsprechend schränkt die folgende detaillierte Beschreibung die offengelegten Beispiele nicht ein. Stattdessen kann der richtige Umfang der offengelegten Beispiele durch die beigefügten Ansprüche definiert werden.
Die hier verwendete Terminologie dient der Beschreibung bestimmter Beispiele und ist nicht als einschränkend zu verstehen. Die hier verwendeten Singularformen „ein“, „eins“ und „die“ schließen auch die Pluralformen ein, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Der hier verwendete Begriff „ein anderer“ ist definiert als mindestens ein zweiter oder mehr. Des Weiteren bezieht sich der Begriff „und/oder“, wie er hier verwendet wird, auf alle möglichen Kombinationen der zugehörigen aufgelisteten Elemente und schließt diese mit ein. Es versteht sich auch, dass, obwohl die Begriffe „erstes“, „zweites“, „drittes“, „viertes“ usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, diese Elemente nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden sollten, da diese Begriffe nur verwendet werden, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden, sofern nicht anders angegeben oder der Kontext etwas anderes anzeigt. Der Begriff „weist auf‟, wie hierin verwendet, bedeutet „weist auf, ist aber nicht beschränkt auf“, der Begriff „einschließlich“ bedeutet „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“. Der Begriff „basierend auf“ bedeutet zumindest teilweise basierend auf. Weiterhin kann sich der Begriff „in Kontakt angeordnet“, wie hier verwendet, auf die Anordnung von zwei Materialien beziehen, die einen Stromfluss über eine gekoppelte Kombination der beiden Materialien ermöglichen, wenn eine Potentialdifferenz über die gekoppelte Kombination der beiden Materialien angelegt wird. In einem Beispiel können die beiden Materialien in Kontakt zueinander angeordnet werden, indem ein direkter / physikalischer Kontakt zwischen den beiden Materialien hergestellt wird. In einigen anderen Beispielen können die beiden Materialien in Kontakt miteinander angeordnet werden, indem ein anderes Material, das in der Lage ist, Elektrizität zwischen den beiden Materialien zu leiten, angeordnet wird.
Ein optisches Kommunikationssystem ermöglicht im Allgemeinen die Kommunikation über größere Entfernungen mit höherer Bandbreite bei geringerer Kabelbreite (oder geringerem Durchmesser) im Vergleich zu Kommunikationssystemen mit elektrischen Leitungen. In dem optischen Kommunikationssystem kann ein von einer Lichtquelle (z. B. einem Laser) erzeugtes Licht von einer ersten optischen Vorrichtung zu einer zweiten optischen Vorrichtung über ein oder mehrere Glasfaserkabel übertragen werden. Im optischen Kommunikationssystem kann eine optische Vorrichtung, z. B. ein Optokoppler, zum Verbinden eines oder mehrerer Enden von Lichtwellenleitern angeordnet sein, um die Übertragung von Lichtwellen auf mehreren Wegen zu ermöglichen. Der Optokoppler kann als optischer Schalter, als optischer Splitter oder als optischer Kombinierer betrieben werden. Typischerweise können die Optokoppler in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf reprogrammierbare Photonik-Schaltungen, photonische Prozessoren, Quantencomputer, Hochfrequenz (HF) Photonik, photonische integrierte Schaltungen, wie z.B. Gitterfilter, Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM)-Schaltungen, Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM)-Schaltungen, Ringresonatoren, Mach-Zehnder-Interferometer (MZI), Arrayed Waveguide Gratings (AWGs), Sagnac-Loop-Spiegel und Wellenlängenstabilisatoren und dergleichen. In einer oder mehreren dieser Vorrichtungen kann der Optokoppler einen Kopplungseffekt bewirken, der ein Schalten, Kombinieren oder Aufteilen des Lichts in den jeweiligen optischen Schaltungen ermöglicht.
In einigen Beispielen kann der Kopplungseffekt des Optokopplers aufgrund von Unvollkommenheiten in der Struktur des Optokopplers, die während des Herstellungsprozesses verursacht wurden, beeinträchtigt werden. Folglich kann der Optokoppler, wenn er in einem optischen Kommunikationssystem eingesetzt wird, das Schalten, Kombinieren und/oder Aufteilen des Lichts nicht genau durchführen. Als solche sind diese Unvollkommenheiten in der Struktur des Optokopplers schwer zu beheben, nachdem der Optokoppler hergestellt wurde. Darüber hinaus können in einigen Beispielen optische Vorrichtung wie die Optokoppler mit Heizelementen, z. B. Heizeinrichtungen aus Metall oder dotiertem Silizium, verwendet werden, die bei der Abstimmung des Betriebs der Optokoppler helfen. Die Verwendung solcher Heizelemente kann den Stromverbrauch des optischen Kommunikationssystems erhöhen.
Zu diesem Zweck wird gemäß Aspekten der vorliegenden Anwendung ein Optokoppler bereitgestellt, der jegliche Verschlechterung des Kopplungseffekts kompensieren kann, die durch während des Herstellungsprozesses aufgetretene Unvollkommenheiten verursacht wird, und der in der Lage ist, ohne Verwendung der Heizelemente betrieben zu werden, wodurch Leistungsschwankungen reduziert werden. In einigen Beispielen kann der Optokoppler eine erste Lichtwellenleiter-Basisschicht und eine zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht umfassen. Mindestens eine von der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht kann eine Dotierung eines ersten Typs enthalten. Ferner kann der Optokoppler eine Isolierschicht enthalten, die über mindestens einem Abschnitt sowohl der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht als auch der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist. Darüber hinaus kann der Optokoppler eine Halbleitermaterialschicht enthalten, die über der Isolierschicht angeordnet ist. In einigen Beispielen können überlappende Abschnitte der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht, der Isolierschicht und der Halbleitermaterialschicht einen ersten Lichtwellenleiter bilden. Ferner können überlappende Abschnitte der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht, der Isolierschicht und der Halbleitermaterialschicht einen zweiten Lichtwellenleiter bilden. Darüber hinaus kann der Optokoppler eine Mehrzahl von Metallkontakten aufweisen, die in Kontakt mit der Halbleitermaterialschicht und mindestens einer von der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet sind, um eine oder mehrere erste Vorspannungen zu empfangen, um einen von dem ersten Lichtwellenleiter und dem zweiten Lichtwellenleiter in einem Akkumulationsmodus zu betreiben.
Wie zu erkennen ist, werden an die Metallkontakte des Optokopplers angelegte Vorspannungen verwendet, um den Brechungsindex des ersten Lichtwellenleiters oder des zweiten Lichtwellenleiters oder beider abzustimmen. Wenn beispielsweise der erste Lichtwellenleiter im Akkumulationsmodus betrieben wird, werden freie Ladungsträger im ersten Lichtwellenleiter in der Nähe der Isolierschicht im ersten Lichtwellenleiter akkumuliert. Die Akkumulation der freien Ladungsträger im ersten Lichtwellenleiter kann den Brechungsindex des ersten Lichtwellenleiters verändern (z. B. verringern). Aufgrund der Verringerung des Brechungsindexes verringert sich eine Wellenlänge des Lichts im ersten Lichtwellenleiter, was eine Blauverschiebung des Lichts verursachen kann. Dementsprechend kann Licht, das den zweiten Lichtwellenleiter durchläuft, in Richtung des ersten Lichtwellenleiters angezogen werden und in den ersten Lichtwellenleiter eintreten. Die Akkumulation der freien Ladungsträger im ersten Lichtwellenleiter und damit der Brechungsindex des ersten Lichtwellenleiters kann durch Variation der an den Metallkontakten angelegten Spannungen gesteuert werden. Folglich kann auch die Einkopplung von Licht aus dem zweiten Lichtwellenleiter in den ersten Lichtwellenleiter durch die an die Metallkontakte angelegten Spannungen gesteuert/abgestimmt werden. Eine solche elektrische Abstimmung des Brechungsindexes kann alle Unzulänglichkeiten kompensieren, die bei der Herstellung des Optokopplers entstanden sind, und eine vorgegebene Kopplung erreichen. Da die Abstimmung des Brechungsindexes durch den Betrieb des Lichtwellenleiters im Akkumulationsmodus erfolgt, kann der vorgeschlagene Optokoppler auch ohne Heizelemente arbeiten, was den Stromverbrauch reduziert.
Bezug nehmend auf die Zeichnungen ist in 1 eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Optokopplers 100 gemäß einem Beispiel dargestellt. Der Optokoppler 100 kann in einem optischen Kommunikationssystem (nicht dargestellt) angeordnet sein. Typischerweise umfasst das optische Kommunikationssystem ein Netzwerk von Glasfaserkabeln, das als Medium für die Übertragung von Licht von einem Punkt zu einem anderen Punkt dient. Der Optokoppler 100 kann in dem optischen Kommunikationssystem zum Verbinden eines oder mehrerer Enden der Glasfaserkabel eingesetzt werden, um die Übertragung von Lichtwellen auf mehreren Wegen zu ermöglichen. Der Optokoppler 100 kann eine Mehrzahl von Anschlüssen haben (in 1 nicht dargestellt), darunter einen oder mehrere Eingangsanschlüsse und einen oder mehrere Ausgangsanschlüsse. In einem Beispiel kann der Optokoppler 100 als optischer Schalter verwendet werden, bei dem ein Lichtsignal von einem Eingangsanschluss zu einem der Ausgangsanschlüsse übertragen werden kann. In einem anderen Beispiel kann der Optokoppler 100 als optischer Splitter verwendet werden, bei dem das Lichtsignal vom Eingangsanschluss zu einer Mehrzahl der Ausgangsanschlüsse in einem vorbestimmten Verhältnis übertragen werden kann. In einem weiteren Beispiel kann der Optokoppler 100 als optischer Kombinierer verwendet werden, bei dem Lichtsignale von einer Mehrzahl von Eingangsanschlüssen zu einem einzigen Ausgangsanschluss kombiniert werden können.
Der Optokoppler 100 kann eine Vorrichtung auf Halbleiterbasis sein und auf einem Substrat 102 gebildet werden, das aus einem oder mehreren Halbleitermaterialien besteht, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Silizium (Si), Indiumphosphid (InP), Germanium (Ge), Galliumarsenid (GaAs), Siliziumkarbid (SiC) oder Kombinationen davon. Zur Veranschaulichung wird das Substrat 102 als ein Siliziumsubstrat beschrieben. Ferner kann der Optokoppler 100 in einigen Beispielen eine erste Isolierschicht 104 enthalten, die über dem Substrat 102 angeordnet ist. Die erste Isolierschicht 104 kann durch Oxidieren des Substrats 102 gebildet werden. Im vorliegenden Beispiel kann für das Substrat 102 aus Silizium die erste Isolierschicht 104 Siliziumdioxid (SiO₂) sein, das in Gegenwart von Sauerstoff bei einer Temperatur im Bereich von 900 °C bis 1300 °C gebildet werden kann. In einigen Beispielen kann die erste Isolierschicht 104 eine vergrabene Oxidschicht sein, d. h. das Siliziumdioxid kann in dem Substrat 102 vergraben sein. In einigen Beispielen kann eine Schicht des Siliziumdioxids, die als erste Isolierschicht 104 fungiert, im Substrat 102 in einer Tiefe von weniger als 100 nm bis zu mehreren Mikrometern von der Waferoberfläche vergraben sein, je nach Anwendung.
Weiterhin kann der Optokoppler 100 in einigen Beispielen ein Paar von Lichtwellenleiter-Basisschichten enthalten, einschließlich einer ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 und einer zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 108. Die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 und die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 können benachbart zueinander mit einem ersten vorbestimmten Abstand 111 dazwischen angeordnet sein. Beispielsweise können die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 und die zweite erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 über eine erste Länge mit dem ersten vorbestimmten Abstand 111 zueinander und über eine zweite Länge mit einem zweiten vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sein (siehe 2, später beschrieben).
Die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 und die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 können unter Verwendung eines Halbleitermaterials gebildet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Si, InP, Ge, GaAs, SiC oder Kombinationen davon. Ferner kann mindestens eine von der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 eine Dotierung ersten Typs aufweisen. Im Beispiel von 1 kann die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 die Dotierung vom ersten Typ enthalten und die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 kann undotiert sein. In bestimmten anderen Beispielen kann die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 die Dotierung des ersten Typs enthalten und die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 kann eine Dotierung des zweiten Typs enthalten (z. B. 3). In einigen Beispielen können sowohl die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 als auch die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 die Dotierung vom ersten Typ enthalten (siehe 4). In einigen anderen Beispielen können sowohl die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 als auch die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 eine Dotierung des zweiten Typs aufweisen (siehe 5). In einigen Beispielen und zur Veranschaulichung im weiteren Verlauf der Beschreibung wird die Dotierung des ersten Typs als p-Typ-Dotierung und die Dotierung des zweiten Typs als n-Typ-Dotierung beschrieben. Alternativ kann in bestimmten anderen Beispielen die Dotierung des ersten Typs die Dotierung vom n-Typ und die Dotierung des zweiten Typs die Dotierung vom p-Typ sein. Zur Veranschaulichung ist in 1 die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 so dargestellt, dass sie die Dotierung des ersten Typs (d. h. p-Typ) enthält, und die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 ist undotiert dargestellt.
N-Typ-Dotierung in der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 kann durch Dotierung des jeweiligen Halbleitermaterials mit Verunreinigungen mit Donator-Ionen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) oder Bismut (Bi), erreicht werden. Dementsprechend kann das Halbleitermaterial mit der n-Typ-Dotierung einen Überschuss an Elektronen gegenüber Löchern aufweisen. In dem Halbleitermaterial mit der n-Typ-Dotierung werden die Elektronen, die im Überschuss zu den Löchern vorhanden sind, auch als freie Elektronen bezeichnet, die als freie Ladungsträger wirken. Die P-Typ-Dotierung in der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 kann durch Dotierung des jeweiligen Halbleitermaterials mit Verunreinigungen mit Akzeptor-Ionen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Bor (B), Gallium (Ga), Indium (In) oder Aluminium (AI), erreicht werden. Dementsprechend kann das Halbleitermaterial mit der p-Typ-Dotierung Löcher im Überschuss gegenüber Elektronen aufweisen. Im Halbleitermaterial mit der p-Dotierung werden die Löcher, die im Überschuss zu den Elektronen vorhanden sind, auch als freie Löcher bezeichnet, die als freie Ladungsträger wirken. Die n-Typ-Dotierung oder die p-Typ-Dotierung kann durch Techniken wie Störstellendiffusion, Ionenimplantation, In-situ-Dotierung und dergleichen erreicht werden. In der folgenden Beschreibung kann der Begriff „freie Ladungsträger“ für die freien Elektronen in Bezug auf das Halbleitermaterial stehen, wenn es eine n-Typ-Dotierung aufweist. Ferner kann der Begriff „freie Ladungsträger“ die freien Löcher in Bezug auf das Halbleitermaterial darstellen, wenn es eine p-Dotierung aufweist.
Ferner kann der Optokoppler 100 in einigen Beispielen eine zweite Isolierschicht 110 enthalten. Die zweite Isolierschicht 110 kann über mindestens einem Abschnitt sowohl der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 als auch der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 angeordnet sein. Beispielsweise kann, wie in 1 dargestellt, die zweite Isolierschicht 110 über den Abschnitten 112 und 114 der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 bzw. der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 ausgebildet sein. Die zweite Isolierschicht 110 kann eines oder mehrere der folgenden Materialien enthalten: SiO₂, Siliziumnitrid (Si₃N₄), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Hafniumdioxid (HfO₂) und dergleichen. Die zweite Isolierschicht 110 kann auf den Teilen 112, 114 abgeschieden oder thermisch aufgewachsen werden. In bestimmten anderen Beispielen kann die zweite Isolierschicht 110 als vergrabene Schicht in den Abschnitten 112, 114 der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 bzw. der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 ausgebildet sein.
Außerdem kann der Optokoppler 100 in einigen Beispielen eine Halbleitermaterialschicht 116 enthalten, die über der zweiten Isolierschicht 110 angeordnet ist. Die Halbleitermaterialschicht 116 kann ein Halbleitermaterial umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Si, Ge, GaAs, InP und dergleichen. Zur Veranschaulichung wird in der nachfolgenden Beschreibung die Halbleitermaterialschicht 116 als eine Schicht aus GaAs beschrieben. Ferner kann die Halbleitermaterialschicht 116 in einigen Beispielen so dotiert sein, dass sie freie Ladungsträger aufweist. In einigen Beispielen kann die Halbleitermaterialschicht 116 eine Dotierung des ersten Typs oder des zweiten Typs aufweisen. In bestimmten Beispielen kann die Halbleitermaterialschicht 116 so dotiert sein, dass sie im Vergleich zur ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 eine andere Art von Dotierung aufweist. Wenn die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 beispielsweise eine Dotierung des ersten Typs aufweist, kann die Halbleitermaterialschicht 116 eine Dotierung des zweiten Typs aufweisen oder umgekehrt. Im Beispiel von 1 enthält die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 die p-Typ-Dotierung und die Halbleitermaterialschicht 116 die n-Typ-Dotierung.
Zusätzlich kann der Optokoppler 100 in einigen Beispielen eine dritte Isolierschicht 118 enthalten. Die dritte Isolierschicht 118 kann über der Halbleitermaterialschicht 116 und dem Rest der Oberfläche der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 angeordnet sein. Die dritte Isolierschicht 118 kann ein Beispiel für die zweite Isolierschicht 110 sein, die eines oder mehrere von SiO₂, Al₂O₃, HfO₂, Si₃N₄, Polyimid oder Benzocyclobuten (BCB) umfassen kann.
Darüber hinaus kann der Optokoppler 100 in einigen Beispielen eine Mehrzahl von Metallkontakten umfassen, wie z. B. einen ersten Metallkontakt 120 und den zweiten Metallkontakt 122, die in Kontakt mit der Halbleitermaterialschicht 116 und mindestens einer von der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 angeordnet sind. Der erste Metallkontakt 120 und der zweite Metallkontakt 122 werden im Folgenden zusammenfassend als Metallkontakte 120, 122 bezeichnet. Um den ersten Metallkontakt 120 auszubilden, kann die dritte Isolierschicht 118 geätzt oder lithografisch definiert werden, um ein erstes Via zu bilden, bis die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 erreicht ist. In ähnlicher Weise kann zur Bildung des zweiten Metallkontakts 122 die dritte Isolierschicht 118 geätzt oder lithografisch definiert werden, um ein zweites Via zu bilden, bis die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 erreicht ist. Sobald das erste Via und das zweite Via gebildet sind, wird ein leitfähiges Material (z. B. Metall) in das erste Via und das zweite Via eingebracht/eingefüllt, um die Metallkontakte 120 bzw. 122 zu bilden. Sobald die Metallkontakte 120, 122 gebildet sind, kann außerdem eine Verbindungsschicht 125 auf der dritten Isolierschicht 118 gebildet werden, indem die Metallkontakte 120, 122 maskiert werden, so dass die Metallkontakte 120, 122 für externe Verbindungen freigelegt bleiben und die dritte Isolierschicht 118 von der Verbindungsschicht 125 eingekapselt werden kann. Die Verbindungsschicht 125 kann Materialien umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf BCB, SU-8, SiO₂ oder Si₃N₄ und dergleichen. Alternativ dazu können in einigen Beispielen die Kontakte 120, 122 gebildet werden, nachdem die Verbindungsschicht 125 über der dritten Isolierschicht 118 angeordnet ist.
Ferner können überlappende Abschnitte einer bestimmten Lichtwellenleiter-Basisschicht, der zweiten Isolierschicht 110 und der Halbleitermaterialschicht 116 einen hybriden Lichtwellenleiter definieren. Beispielsweise bilden, wie in 1 dargestellt, der Abschnitt 127 der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 und Abschnitte der zweiten Isolierschicht 110 und der Halbleitermaterialschicht 116, die sich über dem Abschnitt 127 der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 befinden und mit diesem überlappen, einen hybriden Lichtwellenleiter, der im Folgenden als erster Lichtwellenleiter 107 bezeichnet wird. In ähnlicher Weise bilden, wie in 1 dargestellt, der Abschnitt 129 der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 und Abschnitte der zweiten Isolierschicht 110 und der Halbleitermaterialschicht 116, die sich über dem Abschnitt 129 der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 befinden und mit diesem überlappen, einen weiteren hybriden Lichtwellenleiter, der im Folgenden als zweiter Lichtwellenleiter 109 bezeichnet wird.
Der erste Metallkontakt 120 in Verbindung mit der Halbleitermaterialschicht 116, die über der zweiten Isolierschicht 110 angeordnet ist, kann in einigen Beispielen bewirken, dass der erste Lichtwellenleiter 107 wie ein Metall-Oxid-Halbleiter (MOS)-Kondensator im Optokoppler 100 wirkt. Während des Betriebs des Optokopplers 100 kann in einem Beispiel ein Licht durch den zweiten Lichtwellenleiter 109 geleitet werden. Ferner können Vorspannungen an die Metallkontakte 120, 122 angelegt werden, um den ersten Lichtwellenleiter 107 in einem Akkumulationsmodus zu betreiben. Die Vorspannungen können von einer beliebigen Spannungsquelle (z. B. einer Batterie oder einem Netzteil) angelegt werden. Wenn beispielsweise eine positive Spannung an den ersten Metallkontakt 120 im Vergleich zu der Spannung an dem zweiten Metallkontakt 122 angelegt wird, können die freien Ladungsträger, z.B. freie Elektronen, in der Halbleitermaterialschicht 116 mit der n-Typ-Dotierung in einem Bereich 130 der Halbleitermaterialschicht 116 akkumuliert werden. Der Bereich 130 befindet sich über dem Abschnitt 127 der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106. Ferner können sich die freien Ladungsträger, z.B. freie Löcher, in der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 in einem Bereich 132 in der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 akkumulieren. Dementsprechend werden die freien Ladungsträger im ersten Lichtwellenleiter 107 akkumuliert (z.B. zumindest in den Bereichen 10, 132), wenn die positive Spannung an den ersten Metallkontakt 120 und die Masse-(oder negative) Spannung an den zweiten Metallkontakt 122 angelegt wird. Der Betrieb des ersten Lichtwellenleiters 107 unter Anlegen der Spannungen an den Kontaktanschlüssen 120, 122 derart, dass die freien Ladungsträger auf beiden Seiten der zweiten Isolierschicht 110 (z.B. in den Bereichen 130 und 132) im ersten Lichtwellenleiter 107 akkumuliert werden, wird im Folgenden als Akkumulationsmodus bezeichnet.
Es ist zu beachten, dass die Begriffe „positive Spannung“ und „negative Spannung“ relative Spannungen sind. Mit anderen Worten, ein gegebener Metallkontakt der beiden Metallkontakte 120, 122 wird als die positive Spannung aufweisend bezeichnet, wenn ein Potential an dem gegebenen Metallkontakt größer ist als ein Potential an dem anderen Metallkontakt der beiden Metallkontakte 120, 122. In ähnlicher Weise wird der gegebene Metallkontakt der beiden Metallkontakte 120, 122 als die negative Spannung aufweisend bezeichnet, wenn das Potential an dem gegebenen Metallkontakt niedriger ist als das Potential an dem anderen Metallkontakt der beiden Metallkontakte 120, 122. Ferner dienen die in 1 markierten Bereiche 130 und 132 der Veranschaulichung. Wie zu verstehen ist, können die von den Bereichen 130 und 132 eingenommenen Volumina von der Dotierungskonzentration in den jeweiligen Materialien und/oder den Größen der an die Metallkontakte 120, 122 angelegten Spannungen abhängen.
Die Akkumulation der freien Ladungsträger im ersten Lichtwellenleiter 107 (z.B. Akkumulation der freien Löcher im Bereich 132 und der freien Elektronen im Bereich 130) kann eine Änderung der Materialeigenschaften des ersten Lichtwellenleiters 107 bewirken. Beispielsweise kann die Akkumulation von freien Ladungsträgern in dem ersten Lichtwellenleiter 107 eine Änderung des Brechungsindex des ersten Lichtwellenleiters 107 bewirken. Insbesondere kann eine solche Akkumulation der freien Ladungsträger den Brechungsindex des ersten Lichtwellenleiters 107 verringern. Aufgrund der Verringerung des Brechungsindexes verringert sich eine Wellenlänge des Lichts im ersten Lichtwellenleiter 107, was eine Blauverschiebung des Lichts verursachen kann. Dementsprechend kann ein Licht, das den zweiten Lichtwellenleiter 109 durchläuft, in Richtung des ersten Lichtwellenleiters 107 angezogen werden und in den ersten Lichtwellenleiter 107 eintreten. Die Akkumulation der freien Ladungsträger in den Bereichen 130, 132 des ersten Lichtwellenleiters 107 und damit der Brechungsindex des ersten Lichtwellenleiters 107 kann durch Variation der an die Metallkontakte 120, 122 angelegten Spannungen gesteuert werden. Folglich kann die Einkopplung von Licht aus dem zweiten Lichtwellenleiter 109 in den ersten Lichtwellenleiter 107 auch auf der Grundlage der an die Metallkontakte 120, 122 angelegten Spannungen gesteuert werden. Folglich kann in einigen Beispielen die Kopplung von Licht oder eine Kopplungseffizienz von der zweiten Lichtwellenleiter- Basisschicht zur ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht durch Steuerung der an die Metallkontakte 120, 122 angelegten Spannungen erhöht werden.
In 2 ist nun eine schematische Darstellung einer Draufsicht 200 des Optokopplers 100 aus 1 gemäß einem Beispiel dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in der Draufsicht 200 von 2 nicht alle in 1 gezeigten Schichten abgebildet. In der Draufsicht 200 sind z. B. die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106, die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 108, die Halbleitermaterialschicht 116 und die Metallkontakte 120, 122 dargestellt. Zur Veranschaulichung ist der Optokoppler 100 ferner mit einer Länge L dargestellt. Wie in 2 dargestellt, kann der Optokoppler 100 eine Mehrzahl von Anschlüssen umfassen, z. B. die Anschlüsse 202, 204, 206 und 208. Jeder der Anschlüsse 202, 204, 206 und 208 kann als Eingangsanschluss oder als Ausgangsanschluss dienen. Zur Veranschaulichung wird der Anschluss 204 als Eingangsanschluss und der Rest der Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse beschrieben. Wenn der Optokoppler 100 beispielsweise als Schalter betrieben werden soll, kann ein vom Anschluss 204 eintretendes Licht zum Ausgangsanschluss 206 geschaltet werden.
Ferner sind, wie in 2 dargestellt, die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 und die zweite erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 in dem ersten vordefinierten Abstand 111 voneinander über eine erste Länge L1 und in einem zweiten vordefinierten Abstand 210 voneinander über eine zweite Länge L2 angeordnet. Die in 1 gezeigte Querschnittsansicht kann einen Querschnitt des Optokopplers 100 an einer beliebigen Stelle entlang der Länge L1 darstellen, zum Beispiel an der in 2 dargestellten Stelle 1-1. In einigen Beispielen, obwohl in der Draufsicht 200 nicht gezeigt, kann zur weiteren Verbesserung des Lichtkopplungseffekts, der durch den Betrieb des ersten Lichtwellenleiters 107 im Akkumulationsmodus verursacht wird, eine Breite der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 106 und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 108 entlang der Länge L des Optokopplers 100 variiert werden.
Unter Bezugnahme auf 3 ist nun eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Optokopplers 300 gemäß einem weiteren Beispiel gezeigt. Der Optokoppler 300 von 3 kann ein Beispiel für den Optokoppler 100 von 1 darstellen und enthält bestimmte Materialschichten, die den in 1 beschriebenen ähnlich oder identisch sind und deren Beschreibung hier nicht wiederholt wird. Beispielsweise umfasst der Optokoppler 300 auch ein Substrat 302, eine erste Isolierschicht 304, eine erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 306, eine zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 308, eine zweite Isolierschicht 310, eine Halbleitermaterialschicht 316, eine dritte Isolierschicht 318 und eine Verbindungsschicht 325, die Beispiele für das Substrat 102, die erste Isolierschicht 104, die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106, die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 108, die zweite Isolierschicht 110, die Halbleitermaterialschicht 116, die dritte Isolierschicht 118 bzw. die Verbindungsschicht 125 des Optokopplers 100 von 1 darstellen können.
Im Beispiel von 3 ist die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 306 so dotiert, dass sie eine Dotierung vom ersten Typ (z. B. p-Typ) aufweist, und die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 308 ist so dotiert, dass sie eine Dotierung vom zweiten Typ (z. B. n-Typ) aufweist. Darüber hinaus kann die Halbleitermaterialschicht 316 zwei verschiedene Dotierungstypen in separaten Abschnitten davon enthalten. Zum Beispiel kann die Halbleitermaterialschicht 316 Abschnitte umfassen, wie einen ersten Abschnitt 320 und einen zweiten Abschnitt 322. Der erste Abschnitt 320 kann sich über einem Abschnitt 312 der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 306 befinden und der zweite Abschnitt 322 kann sich über einem Abschnitt 314 der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 308 befinden. In einigen Beispielen kann der erste Abschnitt 320 der Halbleitermaterialschicht 316 so dotiert sein, dass er die Dotierung vom zweiten Typ enthält, und der zweite Abschnitt 322 der Halbleitermaterialschicht 316 kann so dotiert sein, dass er die Dotierung vom ersten Typ enthält. Wie in 3 dargestellt, ist beispielsweise der Abschnitt 320 der Halbleitermaterialschicht 316 so dargestellt, dass er die n-Typ-Dotierung enthält, und der Abschnitt 322 der Halbleitermaterialschicht 316 ist so dargestellt, dass er die p-Typ-Dotierung enthält. In einigen Beispielen, wie in 3 dargestellt, kann die Halbleitermaterialschicht 316 einen Abschnitt 321 enthalten, der sich zwischen dem ersten Abschnitt 320 und dem zweiten Abschnitt 322 befindet. In einigen Beispielen kann der Abschnitt 321 undotiert sein und enthält keine freien Ladungsträger. In bestimmten Beispielen kann der Abschnitt 321 jedoch ein isolierender Bereich sein, der den ersten Abschnitt 320 von dem zweiten Abschnitt 322 elektrisch isoliert.
Ferner stehen die Bezugszahlen 307 und 309 jeweils für einen ersten Lichtwellenleiter und einen zweiten Lichtwellenleiter. Beispielsweise wird der erste Lichtwellenleiter 307 in ähnlicher Weise wie in 1 beschrieben durch die überlappenden Abschnitte der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 306, der zweiten Isolierschicht 310 und der Halbleitermaterialschicht 316 definiert. In ähnlicher Weise wird der zweite Lichtwellenleiter 309 durch die überlappenden Abschnitte der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 308, der zweiten Isolierschicht 310 und der Halbleitermaterialschicht 316 definiert, wie in 3 dargestellt.
Außerdem kann der Optokoppler 300 im Vergleich zum Optokoppler 100 von 1 zusätzliche Metallkontakte enthalten. Beispielsweise kann der Optokoppler 300 eine Mehrzahl von Metallkontakten enthalten, wie einen ersten Metallkontakt 324, einen zweiten Metallkontakt 326, einen dritten Metallkontakt 328 und den vierten Metallkontakt 330, die im Folgenden gemeinsam als Metallkontakte 324-330 bezeichnet werden. Wie in 3 dargestellt, kann der erste Metallkontakt 324 in Kontakt mit der ersten Lichtwellenleiterbasisschicht 306 angeordnet sein. Des Weiteren kann der zweite Metallkontakt 326 in Kontakt mit dem ersten Abschnitt 320 der Halbleitermaterialschicht 316 angeordnet sein. Des Weiteren kann der dritte Metallkontakt 328 in Kontakt mit dem zweiten Abschnitt 322 der Halbleitermaterialschicht 316 angeordnet sein. Darüber hinaus kann der vierte Metallkontakt 330 in Kontakt mit der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 308 angeordnet sein. Die Metallkontakte 324-330 können durch Ausbilden von Vias in der dritten Isolierschicht 318 an den jeweiligen Stellen und Füllen der Vias mit Metall gebildet werden.
Während des Betriebs können der erste Lichtwellenleiter 307 und der zweite Lichtwellenleiter 309 in verschiedenen Kombinationen aus dem Akkumulationsmodus und dem Verarmungsmodus betrieben werden. Während beispielsweise der erste Lichtwellenleiter 307 im Akkumulationsmodus betrieben werden kann, kann der zweite Lichtwellenleiter 309 nicht vorgespannt werden, wodurch eine Lichtkopplung in ähnlicher Weise wie in 1 beschrieben erreicht wird. In einem weiteren Beispiel kann der zweite Lichtwellenleiter 309 im Verarmungsmodus betrieben werden, während der erste Lichtwellenleiter 307 nicht vorgespannt ist. In einem weiteren Beispiel kann der erste Lichtwellenleiter 307 im Akkumulationsmodus betrieben werden, während der zweite Lichtwellenleiter 309 im Verarmungsmodus betrieben werden kann.
In einigen Beispielen kann der erste Lichtwellenleiter 307 im Akkumulationsmodus betrieben werden, indem die eine oder die mehreren ersten Vorspannungen an den ersten Metallkontakt 324 und den zweiten Metallkontakt 326 angelegt werden, so dass die freien Ladungsträger in dem ersten Abschnitt 320 und die freien Ladungsträger in der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 306 in dem ersten Lichtwellenleiter 307 angrenzend an eine Grenze zwischen dem ersten Abschnitt 320 der Halbleitermaterialschicht 316 und der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 306 akkumuliert werden. Beispielhaft kann im Optokoppler 300 von 3 der erste Lichtwellenleiter 307 im Akkumulationsmodus betrieben werden, indem an den ersten Metallkontakt 324 eine positive Spannung angelegt wird und an den zweiten Metallkontakt 326 eine negative Spannung angelegt wird oder der zweite Metallkontakt 326 geerdet wird. Folglich können die freien Ladungsträger, z. B. die freien Elektronen im ersten Abschnitt 320 der Halbleitermaterialschicht 316, in einem Bereich 332 des ersten Lichtwellenleiters 307 akkumuliert werden. Insbesondere ist der Bereich 332 ein Abschnitt der Halbleitermaterialschicht 316, der einen Teil des ersten Lichtwellenleiters 307 bildet. Ferner können sich die freien Ladungsträger, z. B. freie Löcher in der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 306, in einem Bereich 334 des ersten Lichtwellenleiters 307 akkumulieren, wie in 3 dargestellt. Insbesondere ist der Bereich 334 ein Abschnitt der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 306, der einen Teil des ersten Lichtwellenleiters 307 bildet.
In ähnlicher Weise wie in 1 beschrieben, kann die Akkumulation der freien Ladungsträger eine Änderung (z. B. Abnahme) des Brechungsindex des ersten Lichtwellenleiters 307 verursachen. Aufgrund der Abnahme des Brechungsindexes nimmt eine Wellenlänge des Lichts im ersten Lichtwellenleiter 307 ab, was eine Blauverschiebung des Lichts verursachen kann. Dementsprechend kann ein Licht, das den zweiten Lichtwellenleiter 309 durchläuft, in Richtung des ersten Lichtwellenleiters 307 angezogen werden und in den ersten Lichtwellenleiter 307 eintreten. Die Akkumulation der freien Ladungsträger im ersten Lichtwellenleiter 307 und damit der Brechungsindex des ersten Lichtwellenleiters 307 kann durch Variation der an den Metallkontakten 324, 326 angelegten Spannungen gesteuert werden. Folglich kann auch die Einkopplung von Licht aus dem zweiten Lichtwellenleiter 309 in den ersten Lichtwellenleiter 307 durch die an die Metallkontakte 324, 326 angelegten Spannungen gesteuert werden.
In einigen Beispielen kann der zweite Lichtwellenleiter 309 im Verarmungsmodus betrieben werden, indem die eine oder mehreren zweiten Vorspannungen an den dritten Metallkontakt 328 und den vierten Metallkontakt 330 angelegt werden, so dass die freien Ladungsträger aus dem zweiten Lichtwellenleiter 309 verarmt werden. Beispielhaft kann im Optokoppler 300 von 3 der zweite Lichtwellenleiter 309 im Verarmungsmodus betrieben werden, indem eine positive Spannung an den vierten Metallkontakt 330 und eine negative Spannung an den dritten Metallkontakt 328 angelegt wird oder der dritte Metallkontakt 328 geerdet wird. Folglich können freie Ladungsträger, z. B. freie Elektronen aus dem Abschnitt 314 der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 308, aus einem Bereich 336 verarmt werden, der an eine Grenze zwischen dem zweiten Abschnitt 322 der Halbleitermaterialschicht 316 angrenzt. Insbesondere ist der Bereich 336 ein Abschnitt der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 308, der einen Teil des zweiten Lichtwellenleiters 309 bildet. In ähnlicher Weise können freie Ladungsträger, z. B. freie Löcher in dem zweiten Abschnitt 322 der Halbleitermaterialschicht 316, aus einem Bereich 338 benachbart zu der Grenze zwischen dem zweiten Abschnitt 322 der Halbleitermaterialschicht 316 verarmt werden, wie in 3 dargestellt. Insbesondere ist der Bereich 338 ein Abschnitt der Halbleitermaterialschicht 316, der einen Teil des zweiten Lichtwellenleiters 309 bildet. Wie in 3 zu sehen ist, können, wenn der zweite Lichtwellenleiter 309 im Verarmungsmodus betrieben wird, die freien Ladungsträger auf beiden Seiten der zweiten Isolierschicht 310 im zweiten Lichtwellenleiter 309 wie oben beschrieben verarmt werden.
Die Verarmung der freien Ladungsträger aus dem zweiten Lichtwellenleiter 309 (z. B. aus den Abschnitten 336 und 338) kann eine Änderung (z. B. eine Erhöhung) des Brechungsindex des zweiten Lichtwellenleiters 309 bewirken. Aufgrund der Erhöhung des Brechungsindexes erhöht sich eine Wellenlänge des Lichts im zweiten Lichtwellenleiter 309, was eine Rotverschiebung des Lichts verursachen kann. Dementsprechend kann das Licht, das den zweiten Lichtwellenleiter 309 durchläuft, in Richtung des ersten Lichtwellenleiters 307 gelenkt werden und in den ersten Lichtwellenleiter 307 eintreten. Die Verarmung der freien Ladungsträger aus dem zweiten Lichtwellenleiter 309 und damit der Brechungsindex des zweiten Lichtwellenleiters 309 kann durch Variation der an die Metallkontakte 328, 330 angelegten Spannungen gesteuert werden. Folglich kann die Einkopplung von Licht aus dem zweiten Lichtwellenleiter 309 in den ersten Lichtwellenleiter 307 ebenfalls durch die an die Metallkontakte 328, 330 angelegten Spannungen gesteuert werden.
In bestimmten Beispielen kann der Betrieb des zweiten Lichtwellenleiters 309 im Verarmungsmodus, während der erste Lichtwellenleiter 307 im Akkumulationsmodus arbeitet, den Kopplungseffekt des Lichts zwischen dem ersten Lichtwellenleiter 307 und dem zweiten Lichtwellenleiter 309 weiter verbessern. Ein solcher verbesserter Kopplungseffekt kann aufgrund der erhöhten Differenz der Brechungsindizes des ersten Lichtwellenleiters 307 und des zweiten Lichtwellenleiters 309 erreicht werden, die durch den Betrieb des ersten Lichtwellenleiters 307 im Akkumulationsmodus und den Betrieb des zweiten Lichtwellenleiters 309 im Verarmungsmodus verursacht wird.
In 4 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Optokopplers 400 gemäß einem anderen Beispiel dargestellt. Der Optokoppler 400 von 4 kann repräsentativ für ein Beispiel des Optokopplers 300 von 3 und des Optokopplers 100 von 1 sein. Dementsprechend enthält der Optokoppler 400 bestimmte Materialschichten, die den in 1 und 3 beschriebenen ähnlich oder identisch sind und deren Beschreibung hier nicht wiederholt wird. Beispielsweise umfasst der Optokoppler 400 ein Substrat 402, eine erste Isolierschicht 404, eine erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 406, eine zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 408, eine zweite Isolierschicht 410, eine Halbleitermaterialschicht 416, eine dritte Isolierschicht 418 und eine Bonding-Schicht 425, die Beispiele für das Substrat 102, die erste Isolierschicht 104, die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 106, die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 108, die zweite Isolierschicht 110, die Halbleitermaterialschicht 116, die dritte Isolierschicht 118 bzw. die Verbindungsschicht 125 des Optokopplers 100 von 1 darstellen können.
Im Beispiel von 4 sind sowohl die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 406 als auch die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 408 so dotiert, dass sie eine Dotierung vom ersten Typ (z. B. p-Typ) aufweisen, während die Halbleitermaterialschicht 316 eine Dotierung vom zweiten Typ (z. B. n-Typ) aufweisen kann. Ferner kann der Optokoppler 400, ähnlich wie der Optokoppler 300, im Vergleich zum Optokoppler 100 von 1 zusätzliche Metallkontakte enthalten. Beispielsweise kann der Optokoppler 400 eine Mehrzahl von Metallkontakten enthalten, wie einen ersten Metallkontakt 424, einen zweiten Metallkontakt 426, einen dritten Metallkontakt 428 und den vierten Metallkontakt 430, die im Folgenden gemeinsam als Metallkontakte 424-430 bezeichnet werden. Wie in 4 dargestellt, kann der erste Metallkontakt 424 in Kontakt mit der ersten Lichtwellenleiterbasisschicht 406 angeordnet sein. Ferner kann der zweite Metallkontakt 426 in Kontakt mit der Halbleitermaterialschicht 416 über der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 406 angeordnet sein. Des Weiteren kann der dritte Metallkontakt 428 in Kontakt mit der Halbleitermaterialschicht 416 über der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 408 angeordnet sein. Darüber hinaus kann der vierte Metallkontakt 430 in Kontakt mit der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 408 angeordnet sein, wie in 4 dargestellt.
Ferner stehen die Bezugszahlen 407 und 409 jeweils für einen ersten Lichtwellenleiter und einen zweiten Lichtwellenleiter. In ähnlicher Weise wie in 3 beschrieben, wird beispielsweise der erste Lichtwellenleiter 407 durch die überlappenden Abschnitte der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 406, der zweiten Isolierschicht 410 und der Halbleitermaterialschicht 416 definiert. In ähnlicher Weise wird der zweite Lichtwellenleiter 409 durch die überlappenden Abschnitte der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 408, der zweiten Isolierschicht 410 und der Halbleitermaterialschicht 416 definiert, wie in 4 dargestellt.
Während des Betriebs können der erste Lichtwellenleiter 407 und der zweite Lichtwellenleiter 409 des Optokopplers 400 in ähnlicher Weise wie in Bezug auf den Optokoppler 300 von 3 beschrieben auch in verschiedenen Kombinationen eines Akkumulationsmodus und eines Verarmungsmodus betrieben werden, um den Lichtkopplungseffekt zu verbessern - Einzelheiten dazu werden hier nicht wiederholt. Insbesondere kann in dem Optokoppler 400 der erste Lichtwellenleiter 407 im Akkumulationsmodus betrieben werden, indem die eine oder mehrere erste Vorspannungen an den ersten Metallkontakt 424 und den zweiten Metallkontakt 426 angelegt werden, so dass die freien Ladungsträger in dem ersten Lichtwellenleiter 407 akkumuliert werden. Beispielhaft kann im Optokoppler 400 von 4 der erste Lichtwellenleiter 407 im Akkumulationsmodus betrieben werden, indem eine positive Spannung an den ersten Metallkontakt 424 und eine negative Spannung an den zweiten Metallkontakt 426 angelegt wird oder der zweite Metallkontakt 326 geerdet wird. Weiterhin kann in einigen Beispielen der zweite Lichtwellenleiter 409 im Verarmungsmodus betrieben werden. In einigen Beispielen kann der zweite Lichtwellenleiter 409 im Verarmungsmodus betrieben werden, indem die eine oder mehreren zweiten Vorspannungen an den dritten Metallkontakt 428 und den vierten Metallkontakt 430 angelegt werden, so dass freie Ladungsträger aus dem zweiten Lichtwellenleiter 409 verarmt werden. Beispielhaft kann in dem Optokoppler 400 von 4 der zweite Lichtwellenleiter 409 im Verarmungsmodus betrieben werden, indem eine negative Spannung an den vierten Metallkontakt 430 und eine positive Spannung an den dritten Metallkontakt 428 angelegt wird oder der dritte Metallkontakt 428 geerdet wird.
In 5 ist nun eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Optokopplers 500 gemäß einem weiteren Beispiel dargestellt. Der Optokoppler 500 von 5 kann ein Beispiel für den zuvor beschriebenen Optokoppler 100, 300 oder 400 darstellen und enthält bestimmte Materialschichten, die den in 4 beschriebenen ähnlich oder identisch sind und deren Beschreibung hier nicht wiederholt wird. Beispielsweise umfasst der Optokoppler 500 auch ein Substrat 502, eine erste Isolierschicht 504, eine erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 506, eine zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 508, eine zweite Isolierschicht 510, eine Halbleitermaterialschicht 516, eine dritte Isolierschicht 518, eine Verbindungsschicht 525 und Metallkontakte 524-530, die Beispiele für das Substrat 402, die erste Isolierschicht 404, die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 406, die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 408, die zweite Isolierschicht 410, die Halbleitermaterialschicht 416, die dritte Isolierschicht 418, die Bonding-Schicht 425 bzw. die Metallkontakte 424-430 des Optokopplers 400 von 4 darstellen können. Im Beispiel von 5 sind sowohl die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht 506 als auch die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 508 so dotiert, dass sie eine Dotierung vom zweiten Typ (z.B. n-Typ) aufweisen, während die Halbleitermaterialschicht 516 eine Dotierung vom ersten Typ (z.B. p-Typ) aufweisen kann.
Ferner stehen die Bezugszahlen 507 und 509 jeweils für einen ersten Lichtwellenleiter und einen zweiten Lichtwellenleiter. In ähnlicher Weise wie in 3 beschrieben, wird beispielsweise der erste Lichtwellenleiter 507 durch die überlappenden Abschnitte der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 506, der zweiten Isolierschicht 510 und der Halbleitermaterialschicht 516 definiert. In ähnlicher Weise wird der zweite Lichtwellenleiter 509 durch die überlappenden Abschnitte der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 508, der zweiten Isolierschicht 510 und der Halbleitermaterialschicht 516 definiert, wie in 5 dargestellt.
Während des Betriebs können der erste Lichtwellenleiter 507 und der zweite Lichtwellenleiter 509 des Optokopplers 500 in ähnlicher Weise wie in Bezug auf den Optokoppler 300 von 3 beschrieben auch in verschiedenen Kombinationen eines Akkumulationsmodus und eines Verarmungsmodus betrieben werden, um den Lichtkopplungseffekt zu verbessern - Einzelheiten dazu werden hier nicht wiederholt. Insbesondere kann im Optokoppler 500 der erste Lichtwellenleiter 507 im Akkumulationsmodus betrieben werden, indem eine negative Spannung an den ersten Metallkontakt 524 und eine positive Spannung an den zweiten Metallkontakt 526 angelegt wird oder der zweite Metallkontakt 526 geerdet wird, so dass die freien Ladungsträger im ersten Lichtwellenleiter 507 akkumuliert werden. Ferner kann in einigen Beispielen die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht 508 im Verarmungsmodus betrieben werden, indem eine positive Spannung an den vierten Metallkontakt 530 und eine negative Spannung an den dritten Metallkontakt 528 angelegt wird oder der dritte Metallkontakt 528 geerdet wird, so dass die freien Ladungsträger aus dem zweiten Lichtwellenleiter 509 verarmt werden.
In 6 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein Verfahren 600 zum Betrieb eines Optokopplers gemäß einem Beispiel zeigt. Zur Veranschaulichung wird das Flussdiagramm in 6 unter Bezugnahme auf den Betrieb des Optokopplers 300 in 3 beschrieben. Andere beispielhafte Optokoppler, wie z. B. die Optokoppler 400 und 500, können ebenfalls in ähnlicher Weise mit implementierungsspezifischer Anwendung von Vorspannungen betrieben werden.
In einigen Beispielen kann in Block 602 der erste Lichtwellenleiter 307 in einem Akkumulationsmodus betrieben werden. Im Optokoppler 300 kann der erste Lichtwellenleiter 307 im Akkumulationsmodus betrieben werden, indem eine positive Spannung an den ersten Metallkontakt 324 angelegt wird und eine negative Spannung an den zweiten Metallkontakt 326 angelegt wird oder der zweite Metallkontakt 326 geerdet wird. Folglich können freie Elektronen im ersten Abschnitt 320 der Halbleitermaterialschicht 316 in dem Bereich 332 über dem Abschnitt 312 in der Halbleitermaterialschicht 116 akkumuliert werden. Ferner können sich die freien Ladungsträger, z. B. freie Löcher, in der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 306 in dem Bereich 334 der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht 306 akkumulieren, wie in 3 dargestellt. Eine solche Akkumulation der freien Ladungsträger im ersten Lichtwellenleiter 307 kann eine Abnahme des Brechungsindexes des ersten Lichtwellenleiters 307 verursachen. Aufgrund der Abnahme des Brechungsindexes nimmt eine Wellenlänge des Lichts im ersten Lichtwellenleiter 307 ab, was eine Blauverschiebung des Lichts verursachen kann. Dementsprechend kann ein Licht, das den zweiten Lichtwellenleiter 309 durchläuft, in Richtung des ersten Lichtwellenleiters 307 angezogen werden und in den ersten Lichtwellenleiter 307 eintreten.
Ferner kann der zweite Lichtwellenleiter 309 im Block 604 in einem Verarmungsmodus betrieben werden. Der zweite Lichtwellenleiter 309 kann im Verarmungsmodus betrieben werden, indem eine positive Spannung an den vierten Metallkontakt 330 angelegt wird und eine negative Spannung an den dritten Metallkontakt 328 angelegt wird oder der dritte Metallkontakt 328 geerdet wird. Folglich können freie Elektronen aus dem Abschnitt 314 der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht 308 aus dem Bereich 336 benachbart zu einer Grenze zwischen dem zweiten Abschnitt 322 der Halbleitermaterialschicht 316 verarmt werden. In ähnlicher Weise können freie Löcher in dem zweiten Abschnitt 322 der Halbleitermaterialschicht 316 aus dem Bereich 338, der an die Grenze zwischen dem zweiten Abschnitt 322 der Halbleitermaterialschicht 316 angrenzt, verarmt werden, wie in 3 dargestellt. Eine solche Verarmung der freien Ladungsträger aus dem zweiten Lichtwellenleiter 309 kann eine Erhöhung des Brechungsindex des zweiten Lichtwellenleiters 309 verursachen. Aufgrund der Erhöhung des Brechungsindexes vergrößert sich eine Wellenlänge des Lichts im zweiten Lichtwellenleiter 309, was eine Rotverschiebung des Lichts verursachen kann. Dementsprechend kann das Licht, das den zweiten Lichtwellenleiter 309 durchläuft, in Richtung des ersten Lichtwellenleiters 307 gerichtet werden und in den ersten Lichtwellenleiter 307 eintreten. In bestimmten Beispielen kann der Betrieb des zweiten Lichtwellenleiters 309 im Verarmungsmodus, während der erste Lichtwellenleiter 307 im Akkumulationsmodus betrieben wird, den Kopplungseffekt aufgrund der erhöhten Differenz der Brechungsindizes des ersten Lichtwellenleiters 307 und des zweiten Lichtwellenleiters 309 weiter verstärken.
Während bestimmte Implementierungen oben gezeigt und beschrieben wurden, können verschiedene Änderungen in Form und Details vorgenommen werden. Beispielsweise können sich einige Merkmale und/oder Funktionen, die in Bezug auf eine Implementierung und/oder einen Prozess beschrieben wurden, auch auf andere Implementierungen beziehen. Mit anderen Worten: Prozesse, Merkmale, Komponenten und/oder Eigenschaften, die in Bezug auf eine Implementierung beschrieben wurden, können auch in anderen Implementierungen nützlich sein. Darüber hinaus ist zu beachten, dass die hier beschriebenen Systeme und Verfahren verschiedene Kombinationen und/oder Unterkombinationen der Komponenten und/oder Merkmale der verschiedenen beschriebenen Implementierungen umfassen können.
In der vorstehenden Beschreibung sind zahlreiche Details aufgeführt, um ein Verständnis des hier offengelegten Gegenstands zu ermöglichen. Die Implementierung kann jedoch auch ohne einige oder alle dieser Details durchgeführt werden. Andere Implementierungen können Modifikationen, Kombinationen und Variationen der oben beschriebenen Details umfassen. Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche solche Modifikationen und Variationen abdecken.

Claims

Ein Optokoppler (100, 200, 300, 400, 500), umfassend: eine erste Lichtwellenleiter-Basisschicht (106, 306, 406, 506) und eine zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht (108, 308, 408, 508), wobei mindestens eine von der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht eine Dotierung eines ersten Typs aufweist; einen Abstand (111) zwischen der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht; eine Isolierschicht (110, 310, 410, 510), die direkt und ohne Unterbrechung über dem Abstand und mindestens einem Abschnitt sowohl der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht als auch der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist, wobei die Isolierschicht außerhalb des Abstands angeordnet ist; eine Halbleitermaterialschicht (116, 316, 416, 516), die ohne Unterbrechung über der Isolierschicht angeordnet ist, wobei überlappende Abschnitte der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht, der Isolierschicht und der Halbleitermaterialschicht einen ersten Lichtwellenleiter (107, 307, 407, 507) bilden, und wobei überlappende Abschnitte der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht, der Isolierschicht und der Halbleitermaterialschicht einen zweiten Lichtwellenleiter (109, 309, 409, 509) bilden, wobei der Abstand zum Koppeln von Licht zwischen dem zweiten Lichtwellenleiter und dem ersten Lichtwellenleiter konfiguriert ist; und eine Mehrzahl von Metallkontakten (120, 122, 324, 326, 328, 330, 424, 426, 428, 430, 524, 526, 528, 530), die in Kontakt mit der Halbleitermaterialschicht und mindestens einer von der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet sind und dazu konfiguriert sind, eine oder mehrere erste Vorspannungen zu empfangen, um einen von dem ersten Lichtwellenleiter und dem zweiten Lichtwellenleiter in einem Akkumulationsmodus zu betreiben.
Optokoppler nach Anspruch 1, wobei die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht und die zweite erste Lichtwellenleiter-Basisschicht in einem ersten vordefinierten Abstand (111) voneinander über eine erste Länge (L1) und in einem zweiten vordefinierten Abstand (210) voneinander über eine zweite Länge (L2) angeordnet sind.
Optokoppler nach Anspruch 1, wobei die Halbleitermaterialschicht eine Dotierung eines zweiten Typs aufweist.
Optokoppler nach Anspruch 3, wobei die Dotierung des ersten Typs eine Dotierung vom n-Typ und die Dotierung des zweiten Typs eine Dotierung vom p-Typ ist.
Optokoppler nach Anspruch 3, wobei die Dotierung des ersten Typs eine p-Dotierung und die Dotierung des zweitens Typ eine n-Dotierung ist.
Optokoppler nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Metallkontakten umfasst: einen ersten Metallkontakt (120, 324, 424, 524), der in Kontakt mit der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist; und einen zweiten Metallkontakt (122, 326, 426, 526), der in Kontakt mit der Halbleitermaterialschicht angeordnet ist.
Optokoppler nach Anspruch 6, wobei der erste Lichtwellenleiter im Akkumulationsmodus betrieben wird, indem die eine oder die mehreren ersten Vorspannungen an den ersten Metallkontakt und den zweiten Metallkontakt angelegt werden, so dass freie Ladungsträger in dem ersten Lichtwellenleiter akkumuliert werden.
Optokoppler nach Anspruch 1, wobei: die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht die Dotierung des ersten Typs aufweist; die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht eine Dotierung eines zweiten Typs aufweist; und die Halbleitermaterialschicht umfasst: einen ersten Abschnitt (320), der die Dotierung des zweiten Typs umfasst und über der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist; und einen zweiten Abschnitt (322), der die Dotierung des ersten Typs umfasst und über der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist.
Optokoppler nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl von Metallkontakten umfasst: einen ersten Metallkontakt (324), der in Kontakt mit der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist; einen zweiten Metallkontakt (326), der in Kontakt mit dem ersten Abschnitt der Halbleitermaterialschicht angeordnet ist; einen dritten Metallkontakt (328), der in Kontakt mit dem zweiten Abschnitt der Halbleitermaterialschicht angeordnet ist; und einen vierten Metallkontakt (330), der in Kontakt mit der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist.
Optokoppler nach Anspruch 9, wobei der erste Lichtwellenleiter im Akkumulationsmodus betrieben wird, indem die eine oder die mehreren ersten Vorspannungen an den ersten Metallkontakt und den zweiten Metallkontakt angelegt werden, so dass freie Ladungsträger in dem ersten Lichtwellenleiter akkumuliert werden.
Optokoppler nach Anspruch 9 oder 10, wobei der zweite Lichtwellenleiter in einem Verarmungsmodus betrieben wird, indem eine oder mehrere zweite Vorspannungen an den dritten Metallkontakt und den vierten Metallkontakt angelegt werden, so dass freie Ladungsträger aus dem zweiten Lichtwellenleiter verarmt werden.
Optokoppler nach Anspruch 1, wobei: sowohl die erste Lichtwellenleiter-Basisschicht als auch die zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht die Dotierung des ersten Typs aufweisen und die Halbleitermaterialschicht eine Dotierung eines zweiten Typs aufweist.
Optokoppler nach Anspruch 12, wobei die Mehrzahl von Metallkontakten umfasst: einen ersten Metallkontakt (424, 524), der in Kontakt mit der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist; einen zweiten Metallkontakt (426, 526), der in Kontakt mit der Halbleitermaterialschicht über der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist; einen dritten Metallkontakt (428, 528), der in Kontakt mit der Halbleitermaterialschicht über der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist; und einen vierten Metallkontakt (430, 530), der in Kontakt mit der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist.
Optokoppler nach Anspruch 13, wobei der erste Lichtwellenleiter im Akkumulationsmodus betrieben wird, indem die eine oder die mehreren ersten Vorspannungen an den ersten Metall- und den zweiten Metallkontakt angelegt werden, so dass freie Ladungsträger in dem ersten Lichtwellenleiter akkumuliert werden.
Optokoppler nach Anspruch 13, wobei der zweite Lichtwellenleiter in einem Verarmungsmodus betrieben wird, indem eine oder mehrere zweite Vorspannungen an den dritten Metallkontakt und den vierten Metallkontakt angelegt werden, so dass freie Ladungsträger aus dem zweiten Lichtwellenleiter verarmt werden.
Verfahren zum Betrieb eines Optokopplers (100, 200, 300, 400, 500), umfassend: Betreiben eines ersten Lichtwellenleiters (107, 307, 407, 507) in einem Akkumulationsmodus und Betreiben eines zweiten Lichtwellenleiters (109, 309, 409, 509) in einem Verarmungsmodus, wobei der Optokoppler Folgendes umfasst: eine erste Lichtwellenleiter-Basisschicht (106, 306, 406, 506), die eine Dotierung eines ersten Typs aufweist, eine zweite Lichtwellenleiter-Basisschicht (108, 308, 408, 508), die eine Dotierung eines zweiten Typs aufweist, einen Abstand zwischen der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht, eine Isolierschicht (110, 310, 410, 510), die direkt und ohne Unterbrechung über dem Abstand und mindestens einem Abschnitt sowohl der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht als auch der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist, wobei die Isolierschicht außerhalb des Abstands angeordnet ist, eine Halbleitermaterialschicht (116, 316, 416, 516), die ohne Unterbrechung über der Isolierschicht angeordnet ist und einen ersten Abschnitt (320) mit der Dotierung zweiten Typs, der über der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt (322) mit der Dotierung ersten Typs, der über der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet ist, aufweist, und eine Mehrzahl von Metallkontakten (120, 122, 324, 326, 328, 330, 424, 426, 428, 430, 524, 526, 528, 530), die in Kontakt mit der Halbleitermaterialschicht, der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht und der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht angeordnet sind, wobei überlappende Abschnitte der ersten Lichtwellenleiter-Basisschicht, der Isolierschicht und der Halbleitermaterialschicht den ersten Lichtwellenleiter (107, 307, 407, 507) bilden, und wobei überlappende Abschnitte der zweiten Lichtwellenleiter-Basisschicht, der Isolierschicht und der Halbleitermaterialschicht den zweiten Lichtwellenleiter (109, 309, 409, 509) bilden, wobei der Abstand zum Koppeln von Licht zwischen dem zweiten Lichtwellenleiter und dem ersten Lichtwellenleiter konfiguriert ist, wobei das Betreiben des ersten Lichtwellenleiters im Akkumulationsmodus und das Betreiben des zweiten Lichtwellenleiters im Verarmungsmodus das Anlegen von Vorspannungen an die Mehrzahl von Metallkontakten umfasst, und wobei das Koppeln von Licht zwischen dem zweiten Lichtwellenleiter und dem ersten Lichtwellenleiter auf Basis der angewandten Vorspannung von Spannungen auf der Mehrzahl von Metallkontakten erhöht wird.