DE102021132669A1

DE102021132669A1 - Verfahren zur Verbesserung der Modulationseffizienz in einem optischen Siliziummodulator

Info

Publication number: DE102021132669A1
Application number: DE102021132669.9A
Authority: DE
Inventors: Samira Karimelahi; Masaki Kato
Original assignee: Marvell Asia Pte Ltd
Current assignee: Marvell Asia Pte Ltd
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2022-06-15
Also published as: US20220187635A1; US11428963B2; CN114624903A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines optischen Siliziummodulators mit verbesserter Modulationseffizienz. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Siliziumschicht in einem SOI-Substrat und das Ausbilden eines Wellenleiters in der Siliziumschicht mit einer Rippenstruktur, die jeweils mit einem ersten Plattenbereich auf einer Seite und einem zweiten Plattenbereich auf der gegenüberliegenden Seite verbunden ist, wobei die entsprechenden Plattendicken kleiner als die Rippenstruktur sind. Das Verfahren umfasst zusätzlich die Bildung mehrerer geätzter Abschnitte in jedem der ersten Plattenbereiche und der zweiten Plattenbereiche mit abnehmender Ätztiefe für Abschnitte, die weiter von der Rippenstruktur entfernt sind. Darüber hinaus umfasst das Verfahren die Bildung eines PN-Übergangs in der Rippenstruktur mit einem moderaten P/N-Dotierungslevel. Darüber hinaus umfasst das Verfahren die Dotierung der mehrfach geätzten Abschnitte im ersten/zweiten Plattenbereich mit Verunreinigungen vom P-Typ/N-Typ mit zunehmenden Dotierungslevels für Abschnitte, die weiter von der Rippenstruktur entfernt sind.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
N/A
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft optische Kommunikationstechniken. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung einen optischen Siliziummodulator und Verfahren zur Herstellung des optischen Siliziummodulators mit verbesserter Modulationseffizienz bereit.
In den letzten Jahrzehnten hat die Nutzung von Kommunikationsnetzen drastisch zugenommen. In den Anfängen des Internets beschränkten sich die gängigen Anwendungen auf E-Mails, das Schwarze Brett und das meist informations- und textbasierte Surfen auf Webseiten, und die übertragene Datenmenge war in der Regel relativ gering. Heute erfordern Internet, soziale Netzwerke, mobile Anwendungen und Cloud Computing eine enorme Bandbreite für die Übertragung großer Datenmengen wie Fotos, Videos, Musik und andere Multimedia-Dateien. Der größte Teil des Datenverkehrs geht auf die Nutzung durch die Verbraucher zurück. Ein soziales Netzwerk wie Facebook zum Beispiel verarbeitet täglich mehr als 500 TB an Daten. Angesichts dieser hohen Anforderungen an die Daten und die Datenübertragung mit Hochgeschwindigkeitsverbindungen nicht nur zwischen Nutzern und Rechenzentren, sondern auch innerhalb von Rechenzentren, müssen die bestehenden Datenkommunikationssysteme verbessert werden, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.
Die optische Verbindung hat Verbesserungen gegenüber der elektrischen Verbindung aufgezeigt. Hohe Datenraten über 40-Gbit/s- oder 100-Gbit/s-Signalübertragungen durch Singlemode-Fasern sind ein Ziel für die nächste Generation von faseroptischen Kommunikationsnetzen, in denen viele Anwendungen Hochgeschwindigkeits-Silizium-Photonik-Vorrichtungen umfassen. Der elektro-optische Modulator ist eine der Hauptkomponenten der optischen Verbindung. Aufgrund der hohen Integrationsdichte und der Kompatibilität mit der CMOS-Fertigung ist die Silizium-Photonik die beste Option zur Realisierung schneller und miniaturisierter optischer Verbindungslösungen. Um die hohe Kapazität der optischen Kommunikationsverbindungen zu erreichen, muss das Design des optischen Modulators auf Silizium-Photonik-Basis optimiert werden, um die Modulationseffizienz zu verbessern, den optischen Verlust zu minimieren und die Bandbreite zu erweitern.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft optische Telekommunikationstechniken. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung Verfahren zur Bildung eines optischen Siliziummodulators mit Rippenwellenleiterstruktur mit optimiertem Dotierungsschema und mehrfach geätzter Platte („slab“) zur Verbesserung der Modulationsleistung bereit. Der optische Siliziummodulator mit mehrfach geätzter Platte weist eine verbesserte Modulationseffizienz und Modulatorbandbreite auf, die in verschiedenen optischen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsverbindungen anwendbar ist, obwohl auch andere Anwendungen möglich sind.
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines optischen Siliziummodulators mit verbesserter Modulationseffizienz bereit. Das Verfahren umfasst einen Schritt der Bereitstellung einer Siliziumschicht in einem SOI-Substrat. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ausbildens eines Wellenleiters in der Siliziumschicht mit einer Rippenstruktur, die jeweils mit einem ersten Plattenbereich („slab region“) auf einer Seite und einem zweiten Plattenbereich auf der gegenüberliegenden Seite mit entsprechenden Plattendicken kleiner als die Rippenstruktur verbunden ist. Zusätzlich umfasst das Verfahren einen Schritt zur Bildung mehrerer geätzter Abschnitte in jedem der ersten Plattenbereiche und der zweiten Plattenbereiche mit abnehmender Ätztiefe für Abschnitte, die weiter von der Rippenstruktur entfernt sind. Darüber hinaus umfasst das Verfahren einen Schritt zur Bildung eines PN-Übergangs in der Rippenstruktur mit einem moderaten P/N-Dotierungslevel. Darüber hinaus umfasst das Verfahren einen Schritt zur Dotierung der mehrfach geätzten Abschnitte im ersten/zweiten Plattenbereich mit Verunreinigungen vom P-Typ/N-Typ mit ansteigenden Dotierungslevels für Abschnitte, die weiter von der Rippenstruktur entfernt sind, nacheinander.
Optional umfasst der Schritt des Ausbildens der mehreren geätzten Abschnitte das Strukturieren des ersten Plattenbereichs und des zweiten Plattenbereichs, um unterschiedliche Abschnittslängen für mehrere Abschnitte von einem ersten Abschnitt neben der Rippenstruktur bis zu einem letzten Abschnitt mit entsprechenden Abständen von der Rippenstruktur zu definieren, und das Ätzen der mehreren Abschnitte mit abnehmenden Ätztiefen nacheinander vom ersten Abschnitt zum letzten Abschnitt.
Optional umfasst der Schritt des Ausbildens der mehreren geätzten Abschnitte ferner das Ausbilden des ersten Abschnitts mit einer dünnsten Dicke neben der Rippenstruktur, um den optischen Modeneinschränkungseffekt zu verbessern.
Optional umfasst der Schritt des Bildens der mehreren geätzten Abschnitte ferner das Bilden eines zweiten Abschnitts bis zum letzten Abschnitt mit zunehmender Dicke, um den Serienwiderstand in dem ersten Plattenbereich oder dem zweiten Plattenbereich zu kompensieren.
Optional umfasst der Schritt des Ausbildens des PN-Übergangs in der Rippenstruktur mit einem moderaten P/N-Dotierungslevel das Ausbilden eines P-Typ-Bereichs, der mit einem N-Typ-Bereich in einem reduzierten Abschnitt der Rippenstruktur verbunden ist, während ein erster Randteil der Rippenstruktur in einem mittleren P₊₁-Dotierungslevel, das höher als das moderate P-Dotierungslevel ist, mit dem P-Typ-Bereich verbunden wird, und ein zweiter Randteil der Rippenstruktur in einem mittleren N₊₁-Dotierungslevel, das höher als das moderate N-Dotierungslevel ist, mit dem N-Typ-Bereich verbunden wird.
Optional umfasst der Schritt des Bildens des PN-Übergangs das Bilden eines P+/N+-Übergangs mit einer Grenzfläche direkt zwischen dem ersten Randteil und dem zweiten Randteil, wenn eine Breite des reduzierten Abschnitts auf Null reduziert ist.
Optional umfasst der Schritt des Dotierens der mehrfach geätzten Abschnitte im ersten/zweiten Plattenbereich das Implantieren von ionischen Verunreinigungen des P/N-Typs mit ansteigenden Dosen sequentiell vom ersten Abschnitt mit einem niedrigsten P+/N+-Zwischendotierungslevel, dem zweiten Abschnitt mit einem höheren P+/N+-Zwischendotierungslevel bis zum letzten Abschnitt mit einem höchsten P+/N+-Zwischendotierungslevel. Die Abschnittslängen, -dicken, -abstände von der Rippenstruktur und die jeweiligen Dotierungslevels sind so optimiert, dass der Serienwiderstand und der optische Verlust durch den ersten Plattenbereich, die Rippenstruktur und den zweiten Plattenbereich minimiert werden.
In einem anderen Aspekt bietet die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Siliziummodulators mit verbesserter Modulationseffizienz. Das Verfahren umfasst einen Schritt der Bereitstellung einer Siliziumschicht in einem SOI-Substrat. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt zur Bildung eines Wellenleiters in der Siliziumschicht mit einer Rippenstruktur, die jeweils mit einem ersten Plattenbereich auf einer Seite und einem zweiten Plattenbereich auf der gegenüberliegenden Seite verbunden ist. Zusätzlich umfasst das Verfahren einen Schritt der Dotierung des ersten Plattenbereichs auf ein mittleres P+ Dotierungslevel und der Dotierung des zweiten Plattenbereichs auf ein mittleres N+ Dotierungslevel. Darüber hinaus umfasst das Verfahren einen Schritt der Ausdehnung des P+ Dotierungslevels in einen ersten Randteil der Rippenstruktur aus dem ersten Plattenbereich und der Ausdehnung des N+ Dotierungslevels in einen zweiten Randteil der Rippenstruktur aus dem zweiten Plattenbereich, um einen reduzierten Abschnitt der Rippenstruktur zwischen dem ersten Randteil und dem zweiten Randteil zu belassen. Darüber hinaus umfasst das Verfahren einen Schritt der Bildung eines PN-Übergangs mit einer Grenzfläche zwischen einem moderaten P-Teil und einem moderaten N-Teil in dem reduzierten Abschnitt der Rippenstruktur.
Optional umfasst der Schritt des Bildens des Wellenleiters das Bilden des ersten Plattenbereichs bzw. des zweiten Plattenbereichs mit nominalen Plattendicken, die kleiner als die der Rippenstruktur sind, um die optische Mode einer Lichtwelle durch den Wellenleiter im Wesentlichen innerhalb der Rippenstruktur einzuschließen.
Optional umfasst der Schritt des Dotierens des ersten Plattenbereichs auf das mittlere P+ Dotierungslevel das Ausbilden eines ersten Endbereichs mit hohem P++ Dotierungslevel, der mit dem ersten Plattenbereich verbunden ist, und das Dotieren des zweiten Plattenbereichs auf das mittlere N+ Dotierungslevel umfasst das Ausbilden eines zweiten Endbereichs mit hohem N++ Dotierungslevel, der mit dem zweiten Plattenbereich verbunden ist.
Optional ist das mittlere P+- oder N+-Dotierungslevel so eingestellt, dass es oberhalb des mittleren P- oder N-Dotierungslevels von etwa 1×10¹⁷ cm^-3 und unterhalb des schweren P++- oder N++-Dotierungslevels von etwa 1 ×10²⁰ cm^-3 liegt.
Optional umfasst der Schritt des Ausdehnens des P+ Dotierungslevels in einen ersten Randteil der Rippenstruktur und des Ausdehnens des N+ Dotierungslevels in einen zweiten Randteil der Rippenstruktur das Bilden einer Grenzfläche direkt zwischen dem ersten Randteil im P+ Dotierungslevel und dem zweiten Randteil im N+ Dotierungslevel, während die Breite des reduzierten Abschnitts auf Null reduziert wird.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung einen optischen Siliziummodulator bereit. Der optische Siliziummodulator umfasst einen Silizium-Wellenleiter mit einer Rippenstruktur im Querschnitt, die mit einem ersten Plattenbereich auf einer Seite und einem zweiten Plattenbereich auf der gegenüberliegenden Seite verbunden ist, wobei die nominelle Plattendicke kleiner als die Rippenstruktur ist. Der optische Siliziummodulator umfasst ferner ein mittleres hohes P+ Dotierungslevel im ersten Plattenbereich plus einen ersten Randteil der Rippenstruktur, der einem mittleren hohen N+ Dotierungslevel im zweiten Plattenbereich plus einem zweiten Randteil der Rippenstruktur entspricht. Zusätzlich umfasst der optische Siliziummodulator einen PN-Übergang, der in einem reduzierten Abschnitt der Rippenstruktur gebildet wird, wobei ein P-Typ-Teil mit moderatem P-Dotierungslevel mit einem N-Typ-Teil mit moderatem N-Dotierungslevel verbunden ist. Darüber hinaus ist der P-Typ-Teil mit dem ersten Randteil und der N-Typ-Teil mit dem zweiten Randteil in der Rippenstruktur verbunden; der erste Plattenbereich endet mit einem ersten Endbereich auf hohem P++-Dotierungslevel und der zweite Plattenbereich endet mit einem zweiten Endbereich auf hohem N++-Dotierungslevel.
Optional weist der PN-Übergang eine Breite auf, die von einer reduzierten Breite einer Gesamtbreite der Rippenstruktur bis hin zu Null reicht.
Optional umfasst der erste Plattenbereich mehrere geätzte Abschnitte mit abnehmender Ätztiefe, die sequentiell von einem ersten Abschnitt mit der größten Ätztiefe oder der dünnsten Dicke neben dem ersten Randteil der Rippenstruktur bis zu einem letzten Abschnitt ohne Ätztiefe oder der nominalen Plattendicke reichen, der mit dem ersten Endbereich verbunden ist.
Optional weist der zweite Plattenbereich mehrere geätzte Abschnitte mit abnehmender Ätztiefe auf, und zwar nacheinander von einem ersten Abschnitt mit der größten Ätztiefe oder der dünnsten Dicke neben dem zweiten Randteil der Rippenstruktur bis zu einem letzten Abschnitt ohne Ätztiefe oder mit der nominalen Plattendicke, der mit dem zweiten Endbereich verbunden ist.
Optional umfassen die mehrfach geätzten Abschnitte im ersten Plattenbereich mehrere Dotierungslevel, die sequentiell von einem ersten Dotierungslevel im ersten Abschnitt, der gleich oder größer als das mittlere P+-Dotierungslevel ist, bis zu einem letzten Dotierungslevel im letzten Abschnitt, der kleiner als das schwere P++-Dotierungslevel ist, ansteigen.
Optional umfassen die mehrfach geätzten Abschnitte im zweiten Plattenbereich mehrere Dotierungslevels, die sequentiell von einem ersten Dotierungslevel im ersten Abschnitt, das gleich oder größer als das mittlere N+-Dotierungslevel ist, bis zu einem letzten Dotierungslevel im letzten Abschnitt, das kleiner als das schwere N++-Dotierungslevel ist, ansteigen.
Die vorliegende Erfindung erreicht diese und andere Vorteile im Kontext der bekannten Silizium-Photonik-Technologie. Ein weiteres Verständnis der Natur und der Vorteile der vorliegenden Erfindung kann jedoch durch Bezugnahme auf die letzten Abschnitte der Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen erreicht werden.
Figurenliste
Die folgenden Diagramme sind lediglich Beispiele, die den Umfang der Ansprüche nicht übermäßig einschränken sollen. Ein Fachmann würde viele andere Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennen. Es versteht sich auch, dass die hier beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen und dass verschiedene Modifikationen oder Änderungen in Anbetracht dessen dem Fachmann nahegelegt werden und den Geist und den Anwendungsbereich dieses Verfahrens und den Umfang der beigefügten Ansprüche umfassen.

1 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm eines optischen Siliziummodulators aus dem Stand der Technik.
2 ist ein schematisches Diagramm einer Ersatzschaltung des optischen Siliziummodulators in 1.
3 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm eines optischen Siliziummodulators gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein schematisches Diagramm einer Ersatzschaltung des optischen Siliziummodulators in 3 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
5 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm eines optischen Siliziummodulators gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
6 ist ein schematisches Diagramm einer Ersatzschaltung des optischen Siliziummodulators in 5 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
7 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm eines optischen Siliziummodulators gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
8 ist ein schematisches Diagramm einer Ersatzschaltung des optischen Siliziummodulators in 7 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
9 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm eines optischen Siliziummodulators gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
10 ist ein schematisches Diagramm einer Ersatzschaltung des optischen Siliziummodulators in 9 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verbesserung der Modulationseffizienz eines optischen Siliziummodulators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
12 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verbesserung der Modulationseffizienz eines optischen Siliziummodulators gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft optische Telekommunikationstechniken. Insbesondere bietet die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung eines optischen Siliziummodulators mit Rippenwellenleiterstruktur mit optimiertem Dotierungsschema und mehrfach geätzter Platte zur Verbesserung der Modulationsleistung. Der optische Siliziummodulator mit mehrfach geätzter Platte weist eine verbesserte Modulationseffizienz und Modulatorbandbreite auf, die in verschiedenen optischen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsverbindungen anwendbar ist, obwohl auch andere Anwendungen möglich sind.
Die folgende Beschreibung soll den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden und sie in den Kontext bestimmter Anwendungen einzubinden. Verschiedene Modifikationen sowie eine Vielzahl von Verwendungen in verschiedenen Anwendungen werden für den Fachmann leicht ersichtlich sein, und die hierin definierten allgemeinen Grundsätze können auf eine breite Palette von Ausführungsformen angewendet werden. Daher soll die vorliegende Erfindung nicht auf die vorgestellten Ausführungsformen beschränkt werden, sondern es soll ihr der größtmögliche Anwendungsbereich eingeräumt werden, der mit den hier offenbaren Prinzipien und neuen Merkmalen vereinbar ist.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründlicheres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch ohne Beschränkung auf diese spezifischen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Form von Blockdiagrammen und nicht im Detail dargestellt, um die vorliegende Erfindung nicht zu verdecken.
Die Aufmerksamkeit der Lesenden wird auf alle Papers und Dokumente gelenkt, die gleichzeitig mit dieser Spezifikation eingereicht werden und die zur öffentlichen Einsichtnahme mit dieser Spezifikation offen sind, und der Inhalt all dieser Papers und Dokumente sind hier durch Bezugnahme aufgenommen. Alle in dieser Beschreibung offenbaren Merkmale (einschließlich der beigefügten Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen) können durch alternative Merkmale ersetzt werden, die denselben, gleichwertigen oder ähnlichen Zweck erfüllen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Wenn nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, ist jedes offenbartes Merkmal nur ein Beispiel aus einer allgemeinen Reihe von gleichwertigen oder ähnlichen Merkmalen.
Darüber hinaus ist jedes Element in einem Anspruch, das nicht ausdrücklich als „Mittel“ zur Ausführung einer bestimmten Funktion oder als „Schritt“ zur Ausführung einer bestimmten Funktion bezeichnet wird, nicht als „Mittel“- oder „Schritt“-Klausel im Sinne von 35 U.S.C. Abschnitt 112, Paragraph 6 auszulegen. Insbesondere ist die Verwendung von „step of“ oder „act of“ in den vorliegenden Ansprüchen nicht dazu gedacht, die Bestimmungen von 35 U.S.C. 112, Paragraph 6 aufzurufen.
Es ist zu beachten, dass die Bezeichnungen links, rechts, vorne, hinten, oben, unten, Rippe, Platte, Kante und Abschnitt nur der Einfachheit halber verwendet wurden und nicht dazu gedacht sind, eine bestimmte feste Richtung zu implizieren. Stattdessen werden sie verwendet, um relative Positionen und/oder Richtungen zwischen verschiedenen Teilen eines Objekts wiederzugeben.
Die wichtigsten Schlüsselfaktoren für die Leistung des optischen Modulators sind die Modulationseffizienz, der optische Verlust und die Bandbreite. Diese Parameter bestimmen den Stromverbrauch des elektro-optischen Senders. Bei optischen Modulatoren auf Siliziumbasis kann der Effekt der Plasmadispersion (freie Träger) genutzt werden, da die Elektrobrechung auftritt, obwohl die nichtlineare Abhängigkeit des Brechungsindexes dritter Ordnung vom elektrischen Feld (Kerr-Effekt) in Silizium schwach ist. Beim freien Ladungsträgereffekt ändert sich die Ladungsträgerdichte und damit die Absorption und der Brechungsindex, wenn eine Spannung an den elektrooptischen Modulator angelegt wird. Die Änderungen des Brechungsindexes innerhalb des Wellenleiters können in eine Phasen- und Intensitätsmodulation des einfallenden Lichts umgesetzt werden. Die gängigsten Konfigurationen optischer Modulatoren sind Interferometer wie der Mach-Zehnder-Modulator oder resonanzbasierte Geräte wie Ringmodulatoren, die häufig in der optischen Kommunikation eingesetzt werden.
1 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm eines optischen Siliziummodulators aus dem Stand der Technik. Wie dargestellt, ist der optische Siliziummodulator als Silizium-Wellenleiter ausgebildet. Der Silizium-Wellenleiter kann in einer Siliziumschicht eines Silizium-auf-Isolator (SOI)-Substrats gebildet werden. Der Silizium-Wellenleiter oder der darauf basierende optische Modulator kann eine endliche Länge aufweisen, die in diesem Querschnittsdiagramm nicht dargestellt ist, um eine Phase zu definieren, die mit einem Zweig eines Interferometers oder eines Ringmodulators verbunden ist. In der Querschnittsansicht weist der optische Siliziummodulator eine Rippenstruktur 0 mit einem ersten Plattenbereich 10 und einem zweiten Plattenbereich 20 auf beiden Seiten der Rippenstruktur auf. Der erste Plattenbereich 10 endet in einem ersten Endbereich 19 und der zweite Plattenbereich 20 endet in einem zweiten Plattenbereich 29. Insbesondere umfasst der Silizium-Wellenleiter einen PN-Übergang, der in der Rippenstruktur 0 gebildet wird, indem etwa die Hälfte der Rippenstruktur mit P-Typ-Verunreinigungen dotiert wird, um einen P-Typ-Teil 1 zu bilden, und die andere Hälfte der Rippenstruktur mit N-Typ-Verunreinigungen dotiert wird, um einen N-Typ-Teil 2 zu bilden. Optional kann der P-Typ-Teil 1 einen kleinen Abschnitt 11' dem ersten Plattenbereich 10 umfassen und der N-Typ-Teil 2 kann einen kleinen Abschnitt 21' dem zweiten Plattenbereich 20 umfassen. Der übrige Teil des ersten Plattenbereichs 10 ist mit einem P₊-Zwischenlevel dotiert, und der übrige Teil des zweiten Plattenbereichs 20 ist mit einem N₊-Zwischenlevel dotiert. Ferner ist der erste Endbereich 19 stark mit P-Typ-Verunreinigungen dotiert, um einen P++-Bereich zu bilden, und der zweite Endbereich 29 ist stark mit N-Typ-Verunreinigungen dotiert, um einen N++-Bereich zu bilden. Optional werden der P++-Bereich und der N++-Bereich zur Bildung von P- bzw. N-Elektroden für den PN-Übergang verwendet, um dessen Modulationsbetrieb zu ermöglichen. Das P+/N+-Zwischenlevel im ersten/zweiten Plattenbereich ist höher als das moderate P/N-Level des PN-Übergangs.
Der PN-Übergang bietet einen Mechanismus für die Injektion geladener Ladungsträger in den Silizium-Wellenleiter, um den Brechungsindex in Abhängigkeit von der Änderung des elektrischen Feldes zu ändern, das durch die Änderung der von einem Treiber gelieferten elektrischen Signale (0s oder 1s) induziert wird. Entlang des Querschnitts des Silizium-Wellenleiters werden die geladenen Träger einem elektrischen Feld ausgesetzt, das durch eine Schaltung dargestellt werden kann, wie in 2 gezeigt. Zumindest teilweise ist die Schaltung durch eine serielle Verbindung eines ersten Widerstandes R_{j_p+}, eines zweiten Widerstandes R_{j_p}, eines Kondensators C_j, eines dritten Widerstandes R_{j_n} und eines vierten Widerstandes R_{j_n+} gegeben. Wie dargestellt, stellt der erste Widerstand R_{j_p+} einen Serienwiderstand der stark dotierten P₊₊-Region 19 dar. Der zweite Widerstand R_{j_p} stellt einen Serienwiderstand sowohl des mitteldotierten (P₊) Abschnitts 11 des ersten Plattenbereichs 10 als auch des mäßig dotierten P-Typ-Teils 1 dar, der einen kleinen Abschnitt 11' des ersten Plattenbereichs 10 umfasst. Der Kondensator C_j stellt den PN-Übergang dar. Der dritte Widerstand R_{j_n} stellt einen Serienwiderstand sowohl des mäßig dotierten N-Typ-Teils 2, der einen kleinen Abschnitt 21' des zweiten Plattenbereichs umfasst, als auch des mittleren dotierten (N+) Hauptabschnitts 21 des zweiten Plattenbereichs 20 dar. Dabei ist der Hauptabschnitt 11 des ersten Plattenbereichs 10 nur ein einziger Abschnitt, der auf dem P+-Zwischenlevel zwischen dem PN-Übergang und der mit dem P++-Bereich 19 gebildeten P-Typ-Elektrode dotiert ist, und der Hauptabschnitt 21 des zweiten Plattenbereichs 20 ist ein einziger Abschnitt, der auf dem N+-Zwischenlevel zwischen dem N-Typ-Teil 2 des PN-Übergangs und der mit dem N++-Bereich 29 gebildeten N-Typ-Elektrode dotiert ist. Das dazwischen liegende Dotierungslevel P+/N+ im ersten/zweiten Plattenbereich des Silizium-Wellenleiters trägt dazu bei, den Serienwiderstand zu verringern und die Modulationsbandbreite zu verbessern. Der optische Siliziummodulator mit einem einzigen Abschnitt des mittleren Dotierungslevels im Plattenbereich muss jedoch noch verbessert werden.
Dementsprechend stellt die vorliegende Offenbarung unter anderem einen optischen Modulator auf Grundlage eines Silizium-Wellenleiters in einer Rippenstruktur und mehrfach geätzten Plattenbereichen sowie Verfahren zur Verbesserung der Modulationseffizienz bereit, die eines oder mehrere der Probleme aufgrund von Einschränkungen und Nachteilen des betreffenden Standes der Technik im Wesentlichen beseitigen.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung einen optischen Siliziummodulator zur Verfügung, der die Modulationsleistung durch Optimierung der Dotierung eines Silizium-Wellenleiters verbessert, wobei keine Änderungen an den bereits verfügbaren Dotierungsbedingungen der Gießerei für Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnetzwerke vorgenommen werden müssen. 3 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm eines optischen Siliziummodulators gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das den Umfang der Ansprüche nicht unangemessen einschränken soll. Ein Fachmann würde viele Variationen, Alternativen und Modifikationen erkennen. Der optische Siliziummodulator basiert auf einem Silizium-Wellenleiter, der in einer Siliziumschicht eines Silizium-auf-Isolator-Substrats ausgebildet ist (siehe 3). In der Querschnittsansicht umfasst der Silizium-Wellenleiter eine Rippenstruktur 0 in der Mitte, die mit einem ersten Plattenbereich 10 auf einer Seite und einem zweiten Plattenbereich 20 auf einer anderen Seite in horizontaler Richtung verbunden ist. Der erste Plattenbereich 10 endet mit einem ersten Endbereich 19 auf starkem Dotierungslevel P++ und der zweite Plattenbereich 20 endet mit einem zweiten Endbereich 29 auf starkem Dotierungslevel N++. In der Ausführungsform ist der erste Plattenbereich 10 auf ein mittleres P+-Level dotiert, das sich zu einem ersten Randteil 1' der Rippenstruktur 0 ausdehnt, und der zweite Plattenbereich 20 ist auf ein mittleres N+-Level dotiert, das sich zu einem zweiten Randteil 2' der Rippenstruktur 0 ausdehnt. Optional können der erste Randteil 1' und der zweite Randteil 2' der Rippenstruktur 0 tatsächlich in der Rippenstruktur zusammenlaufen. Im Gegensatz zum optischen Siliziummodulator des Standes der Technik in 1, bei dem der PN-Übergang entweder im P-Typ-Teil 1 oder im N-Typ-Teil 2 ein moderates Dotierungslevel aufweist, kann das Dotierungslevel über dem PN-Übergang nun ein höheres P+- oder N+-Dotierungslevel aufweisen.
Optional kann das Dotierungslevel des PN-Übergangs im herkömmlichen optischen Siliziummodulator von 1 etwa 1×10¹⁷ cm^-3 betragen. Der Dotierungslevel des PN-Übergangs im optischen Siliziummodulator von 3 kann dagegen auf 1×10¹⁸ cm^-3 bis 1×10¹⁹ cm^-3 erhöht werden. Um einen guten ohmschen Kontakt zwischen Silizium und Metall zu gewährleisten, beträgt die Dotierungskonzentration der ersten/zweiten Endbereiche 19/29 ~1,0×10²⁰ cm^-3 für beide Dotierungsarten. 4 zeigt ein schematisches Diagramm einer Ersatzschaltung des optischen Siliziummodulators in 3 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Ein kombinierter erster Platten-/Rippenbereich ergibt einen einzelnen Widerstand R_{j_p+} und ein kombinierter zweiter Platten-/Rippenbereich ergibt einen Widerstand R_{j_n+}. Ein höheres Dotierungslevel bedeutet einen niedrigeren äquivalenten Serienwiderstand für den optischen Siliziummodulator. Daher ist der einzelne R_{j_p+} hier in 4 kleiner als R_{j_p+} + R_{j_p} in 2. Ein höheres Dotierungslevel kann eine größere Veränderung der Ladungsträgerkonzentration im PN-Übergang bewirken, was zu einer effektiveren Indexmodulation, d. h. einer höheren Modulationseffizienz, beiträgt, da die zunehmende Ladungsträgerkonzentration eine große Phasenverschiebung bei einer kleinen Spannungsänderung bewirken kann.
In einer Ausführungsform des optischen Siliziummodulators ist das höhere mittlere P+ Dotierungslevel in dem ersten Plattenbereich 10 so konfiguriert, dass es teilweise in einen ersten Randteil 1' der Rippenstruktur 0 expandiert wird, und das höhere mittlere N+ Dotierungslevel in dem zweiten Plattenbereich 20 ist so konfiguriert, dass es teilweise in einen zweiten Randteil 2' der Rippenstruktur 0 von der gegenüberliegenden Seite expandiert wird, während eine Lücke zwischen der Grenze des ersten Randteils 1' (P+) und der Grenze des zweiten Randteils 2' (N+) mit einer Breite w in der Nähe eines zentralen Bereichs der Rippenstruktur 0 verbleibt. 5 zeigt ein schematisches Querschnittsdiagramm des optischen Siliziummodulators gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wie gezeigt, befindet sich ein PN-Übergang zwischen einem P-Typ-Teil 1 mit einem moderaten P-Dotierungslevel und einem N-Typ-Teil 2 mit einem moderaten N-Dotierungslevel in der Lücke zwischen der Grenze des ersten Randteils 1' und der Grenze des zweiten Randteils 2'. Der erste Randteil 1' mit P+-Dotierungslevel verbindet sich mit dem P-Typ-Teil 1 und der zweite Randteil 2' mit N+-Dotierungslevel verbindet sich mit dem N-Typ-Teil 2. 6 zeigt eine Ersatzschaltung des optischen Siliziummodulators von 5 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Der erste Randteil 1' und der gesamte erste Plattenbereich im P+-Dotierungslevel bilden eine P+-Region 12, die durch einen Widerstand R_{j_p+} dargestellt wird, während der verengte P-Typ-Teil 1 durch einen Widerstand R_{j_p} in der Ersatzschaltung dargestellt wird. Außerdem bilden der zweite Randteil 2' und der gesamte zweite Plattenbereich im N+-Dotierungslevel einen N+-Bereich 22, der durch einen Widerstand R_{j_n+} dargestellt wird, während der verengte N-Typ-Teil 2 durch einen Widerstand R_{j_n} in der Ersatzschaltung dargestellt wird. Der Abstand w zwischen dem Teil 1' (P+) und dem Teil 2' (N+) sowie der Offset von der Mitte des Rippenwellenleiters können so gewählt werden, dass die Modulationseffizienz optimiert wird, während die Bandbreite und die optischen Verluste nicht wesentlich beeinflusst werden. Optional kann der Spalt w auf Null reduziert werden, wodurch die Ausführungsform von 5 der Ausführungsform von 3 angenähert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung der Modulationseffizienz ermöglicht eine Verkleinerung des optischen Modulators, beispielsweise des Mach-Zehnder (MZ)-Modulators. Die Möglichkeit eines kürzeren Modulators spart nicht nur den realen Zustand des Chips, sondern bietet auch einen Ausgleich für die Bandbreite des Modulators und kann die Bandbreite verbessern und den Gesamtverlust des Modulators reduzieren.
In einer alternativen Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung einen optischen Siliziummodulator vor, der sowohl im ersten Plattenbereich als auch im zweiten Plattenbereich auf jeder Seite der Rippenstruktur mehrfach geätzte Abschnitte umfasst. 7 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm eines solchen optischen Siliziummodulators mit mehrfach geätzten Abschnitten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie dargestellt, ist die Rippenstruktur 0 mit einem PN-Übergang ausgebildet, wobei der P-Typ-Teil 1 mit dem N-Typ-Teil 2 auf einem moderaten P/N-Dotierungslevel verbunden ist. Der P-Typ-Teil 1 ist mit einem kleinen Abschnitt 13 des ersten Plattenbereichs 10 verbunden, der ebenfalls mit einem moderaten P-Dotierungslevel dotiert ist. Der N-Typ-Teil 2 ist mit einem kleinen Abschnitt 23 des zweiten Plattenbereichs 20 verbunden, der ebenfalls mit einem moderaten N-Dotierungslevel dotiert ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Siliziummodulatoren ist der Abschnitt 13 oder der Abschnitt 23 mit einer reduzierten Dicke im Vergleich zur Nenndicke des ersten Plattenbereichs 10 oder des zweiten Plattenbereichs 20 abgeätzt. Ferner können in einem verbleibenden Abschnitt des ersten Plattenbereichs 10 ein oder mehrere Abschnitte in einer Konfiguration mit abnehmender Ätztiefe oder zunehmender Dicke für weiter von der Rippenstruktur entfernte Abschnitte gebildet werden. Beispielsweise wird ein zweiter Abschnitt 14 mit einer etwas größeren Dicke als die des ersten Abschnitts 13 neben dem ersten Abschnitt 13 ausgebildet. Ferner wird neben dem zweiten Abschnitt 14 ein dritter Abschnitt 15 mit einer etwas größeren Dicke als der des zweiten Abschnitts 14 gebildet. Optional wird der dritte Abschnitt 15 gemäß 7 oder allgemein ein letzter Abschnitt im ersten Plattenbereich 10 nicht geätzt, so dass er die gleiche Nenndicke wie der erste Plattenbereich 10 aufweist.
Optional können die mehrfach geätzten Abschnitte (beispielsweise 14, 15) im ersten Plattenbereich 10 mit P-Typ-Verunreinigungen auf nur einem Level auf mittlerem P+-Dotierungslevel dotiert werden. Optional können die mehrfach geätzten Abschnitte mit Verunreinigungen vom P-Typ dotiert werden, wobei die Dotierungskonzentration für Abschnitte, die weiter von der Rippenstruktur entfernt sind, jeweils zunimmt. Beispielsweise wird der zweite Abschnitt 14, der auf P-Dotierungslevel weiter entfernt ist als der erste Abschnitt 13, auf P₊₁-Dotierungslevel und der dritte Abschnitt 15, der weiter entfernt ist als der zweite Abschnitt 14, auf P₊₂-Dotierungslevel dotiert. Dabei werden die Dotierungslevel, beginnend mit dem ersten Abschnitt 13 bis zu einem letzten Abschnitt des ersten Plattenbereichs 10, nacheinander in der folgenden Beziehung eingestellt: P < P₊₁ < P₊₂ < ... < P₊₊. P₊₊ ist das Dotierungslevel der ersten Endregion 19, die stark dotiert ist, um den elektrischen Kontakt einer ersten Elektrode des optischen Siliziummodulators herzustellen. Durch die schrittweise Erhöhung des Dotierungslevels im Plattenbereich, je weiter man sich von der Rippenstruktur entfernt, steigt der optische Verlust nur unwesentlich an. Denn die Lichtintensität wird geringer, wenn man sich von der Rippenregion entfernt, in der der optische Modus hauptsächlich eingeschlossen ist, und der optische Modus wird nicht durch die Absorption freier Ladungsträger beeinträchtigt.
Auf einer anderen Seite der Rippenstruktur werden im verbleibenden Abschnitt des zweiten Plattenbereichs 20 mehrere geätzte Abschnitte in einer Konfiguration mit abnehmender Ätztiefe oder zunehmender Dicke für weiter von der Rippenstruktur entfernte Abschnitte gebildet. Beispielsweise wird neben dem ersten Abschnitt 23 ein zweiter Abschnitt 24 mit einer geringfügig höheren Dicke als die des ersten Abschnitts 23 gebildet. Ferner wird neben dem zweiten Abschnitt 24 ein dritter Abschnitt 25 mit einer etwas größeren Dicke als der des zweiten Abschnitts 24 gebildet. Optional wird der dritte Abschnitt 25 gemäß 7, oder allgemein ein letzter Abschnitt im zweiten Plattenbereich 20, nicht geätzt, so dass er die gleiche Nenndicke wie der erste Plattenbereich 20 aufweist.
Optional können die mehrfach geätzten Abschnitte (z.B. 24, 25) im zweiten Plattenbereich 20 mit N-Typ-Verunreinigungen auf nur einem Level mit einem mittleren N+-Dotierungslevel dotiert werden. Optional können die mehrfach geätzten Abschnitte mit Verunreinigungen vom N-Typ mit jeweils zunehmender Dotierungskonzentration für Abschnitte, die weiter von der Rippenstruktur entfernt sind, dotiert werden. So wird beispielsweise der zweite Abschnitt 24, der auf N-Dotierungslevel weiter entfernt ist als der erste Abschnitt 23, auf N₊₁-Dotierungslevel dotiert und der dritte Abschnitt 25, der weiter entfernt ist als der zweite Abschnitt 24, auf N₊₂-Dotierungslevel dotiert. Dabei werden die Dotierungslevel, beginnend mit dem ersten Abschnitt 23 bis zu einem letzten Abschnitt des ersten Plattenbereichs 20, nacheinander in der folgenden Beziehung eingestellt: N < N₊₁ < N₊₂ < ... < N++. N++ ist das Dotierungslevel des zweiten Endbereichs 29, der stark dotiert ist, um den elektrischen Kontakt einer zweiten Elektrode des optischen Siliziummodulators zu bilden. Durch die schrittweise Erhöhung des Dotierungslevels im Plattenbereich, je weiter man sich von der Rippenstruktur entfernt, steigt der optische Verlust nur unwesentlich an. Denn die Lichtintensität wird geringer, wenn man sich von der Rippenregion entfernt, in der der optische Modus hauptsächlich eingeschlossen ist, und der optische Modus wird nicht durch die Absorption freier Ladungsträger beeinträchtigt.
In der Ausführungsform kann mit den in den Plattenbereichen gebildeten mehrfach geätzten Abschnitten der Einschluss des elektrischen Feldes der optischen Mode durch einen dünneren Platten-Abschnitt näher an der Rippenstruktur des Wellenleiters erhöht werden. Die Erhöhung des Einschlusses führt zu einem geringeren optischen Verlust und einer verbesserten Modulationseffizienz. Wie in 8 dargestellt, enthält ein Ersatzschaltbild des optischen Siliziummodulators von 7 eine Reihe von Widerständen und einen Kondensator, die verschiedene Abschnitte des Plattenbereichs oder der Rippenstruktur und der PN-Übergang-Schnittstelle darstellen. Beispielsweise stellt der Widerstand R_{j_p} einen Serienwiderstand des ersten Randteils 1' der Rippenstruktur 0 plus des ersten Abschnitts 13 des ersten Plattenbereichs 10 dar. R_{j_p+1} stellt einen Serienwiderstand des zweiten Abschnitts 14 des ersten Plattenbereichs 10 dar. R_{j_p+2} stellt einen Serienwiderstand des dritten Abschnitts 15 des ersten Plattenbereichs 10 dar. Der Kondensator C_j stellt den PN-Übergang dar. Der Widerstand R_{j_n} stellt einen Serienwiderstand des zweiten Randteils 2' der Rippenstruktur 0 plus des ersten Abschnitts 13 des ersten Plattenbereichs 10 dar. R_{j_p+1} stellt einen Serienwiderstand des zweiten Abschnitts 14 des ersten Plattenbereichs 10 dar. R_{j_p+2} stellt einen Serienwiderstand des dritten Abschnitts 15 des ersten Plattenbereichs 10 dar. Bei den mehrfach geätzten Abschnitten in den Plattenbereichen führt eine geringere Ätztiefe zu einer größeren Dicke oder einem geringeren Serienwiderstand. Wie in 8 angedeutet, weist die in dieser Erfindung vorgeschlagene Mehrfachätzungstiefe in verschiedenen Abschnitten des ersten/zweiten Plattenbereichs eine zunehmende Abschnittsdicke mit weiterem Abstand von der Rippenstruktur auf, um den Serienwiderstand zu kompensieren und die Bandbreite zu optimieren. Optional können die mehrfach geätzten Abschnitte in den Plattenbereichen zwei oder mehr Abschnitte mit unterschiedlichen Ätztiefen und -längen aufweisen, die auf beiden Seiten der Rippenstruktur symmetrisch oder asymmetrisch sein können. Die Ätztiefe und -länge jedes geätzten Abschnitts, sein Abstand zur Rippenstruktur und sein Dotierungslevel sollten berücksichtigt werden, um den optischen Siliziummodulator mit einem minimalen Serienwiderstand zu optimieren, ohne die optischen Verluste zu erhöhen.
9 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm eines optischen Siliziummodulators gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In der Ausführungsform umfasst der optische Siliziummodulator eine Rippenstruktur 0 in der Nähe eines Zentrums und einen Plattenbereich 10 oder 20 mit mehrfach geätzten Abschnitten, die auf beiden Seiten der Rippenstruktur 0 verbunden sind. Ein PN-Übergang mit einem P-Typ-Teil 1, der mit einem N-Typ-Teil 2 im P/N-Dotierungslevel verbunden ist, wird in einer reduzierten Breite w der Rippenstruktur 0 gebildet, während ein erster Randteil 1' einer Seite der Rippenstruktur 0 auf P₊₁ > P Dotierungslevel dotiert ist, der mit einem ersten geätzten Abschnitt 13' auf dem gleichen P₊₁ Dotierungslevel im ersten Plattenbereich 10 verbunden ist, und ein zweiter Randteil 2' einer anderen Seite der Rippenstruktur 0 auf N₊₁ > N Dotierungslevel dotiert ist, der mit einem ersten geätzten Abschnitt 23' auf dem gleichen N₊₁ Dotierungslevel im zweiten Plattenbereich 20 verbunden ist. Ferner werden für den verbleibenden Abschnitt des ersten/zweiten Plattenbereichs ein oder mehrere geätzte Abschnitte mit abnehmender Ätztiefe oder zunehmender Dicke für Abschnitte gebildet, die weiter vom ersten/zweiten Randteil 1'/2' entfernt sind. Ähnlich wie bei der in 7 gezeigten Ausführungsform wird beispielsweise ein zweiter Abschnitt 14' des ersten Plattenbereichs 10 neben dem ersten Abschnitt 13' ausgebildet, wobei der zweite Abschnitt 14' eine geringere Ätztiefe oder eine etwas höhere Dicke als der erste Abschnitt 13' aufweist. Optional ist der zweite Abschnitt 14' mit einem P₊₂ (>P₊₁) Dotierungslevel dotiert. Ein dritter Abschnitt 15' wird neben dem zweiten Abschnitt 14' gebildet, wobei der dritte Abschnitt 15' eine geringere Ätztiefe oder eine etwas höhere Dicke als der zweite Abschnitt 14' aufweist. Optional ist der dritte Abschnitt 15' ein letzter Abschnitt im ersten Plattenbereich 10, der eine gleiche Nenndicke wie der erste Plattenbereich 10 aufweist, verbunden mit einem ersten Endbereich 19 im P++ Dotierungslevel. Optional ist der dritte Abschnitt 15' auf dem Dotierungslevel P₊₃ (>P₊₂) dotiert, was P₊₊ >P₊₃ >P₊₂ > P₊₁ > P ergibt.
Auf der anderen Seite der Rippenstruktur wird ein zweiter Abschnitt 24' des zweiten Plattenbereichs 20 neben dem ersten Abschnitt 23' gebildet, wobei der zweite Abschnitt 24' eine geringere Ätztiefe oder eine geringfügig höhere Dicke als der erste Abschnitt 23' aufweist. Optional ist der zweite Abschnitt 24' auf N₊₂ (>N₊₁) Dotierungslevel dotiert. Ein dritter Abschnitt 25' wird neben dem zweiten Abschnitt 24' gebildet, wobei der dritte Abschnitt 25' eine geringere Ätztiefe oder eine geringfügig höhere Dicke als der zweite Abschnitt 24' aufweist. Optional ist der dritte Abschnitt 25' ein letzter Abschnitt im zweiten Plattenbereich 20, der eine gleiche Nenndicke wie der zweite Plattenbereich 20 aufweist, verbunden mit einem zweiten Endbereich 29 im N₊₊ Dotierungslevel. Optional ist der dritte Abschnitt 25' auf N₊₃ Dotierungslevel dotiert, was N₊₊ >N₊₃ >N₊₂ > N₊₁ > N ergibt.
10 ist ein schematisches Diagramm einer Ersatzschaltung des optischen Siliziummodulators in 9 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Hier stellt jeder Widerstand einen Abschnitt des Wellenleiters dar, entweder einen Teil der Rippenstruktur 0 oder einen Abschnitt des ersten/zweiten Plattenbereichs. Der Widerstand R_{j_p} steht zum Beispiel für den P-Typ-Teil 1. Der Widerstand R_{j_p+1} steht für den Teil 1' der Rippenstruktur 0 plus einen ersten Abschnitt 13' des ersten Plattenbereichs 10. Andere Widerstände werden jeweils verwendet, um entsprechende Abschnitte zu bezeichnen, wie in 9 angegeben. Optional können die P- und N-Seite der Rippenstruktur sowie die Multi-Ätzabschnitte in den ersten/zweiten Plattenbereichen symmetrisch oder unsymmetrisch sein, was den Abstand zur Rippenstruktur, die Abschnittslänge, die Ätztiefe (oder Dicke) und das Dotierungslevel betrifft. Der mehrfach geätzte/dotierte Platten-Modulator („slab modulator“) weist im Vergleich zu einem herkömmlichen Platten-Modulator mit einem einzelnen Zwischen-Dotierabschnitt Vorteile in Bezug auf eine verbesserte Modulator-Bandbreite auf, da sein Serienwiderstand reduziert ist, und eine verbesserte Modulationseffizienz, da die reduzierte Plattendicke den optischen Einschluss verstärkt. Durch die Optimierung all dieser Parameter, die die Länge und Ätztiefe jedes Platten-Abschnitts, seinen Abstand zum Rand der Rippenstruktur und sein Dotierungslevel umfassen, kann die Modulatorleistung verbessert werden.
Optional kann der optische Siliziummodulator gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen elektrooptischen Modulatorkonfigurationen wie Mach-Zehnder (MZ)-Modulator und Ringmodulator implementiert werden, die so konfiguriert sind, dass sie den Brechungsindex innerhalb des Wellenleiters ändern, um Phase und Intensität des Lichts durch den Wellenleiter zu modulieren.
In einem alternativen Aspekt bietet die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Siliziummodulators mit verbesserter Modulationseffizienz. 11 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das den Umfang der Ansprüche nicht unangemessen einschränken soll. Ein Fachmann würde viele Variationen, Alternativen und Modifikationen erkennen. Wie in 11 dargestellt, umfasst das Verfahren einen Schritt zur Herstellung einer Siliziumschicht in einem Silizium-auf-Isolator (SOI)-Substrat. SOI-Substrate werden häufig für die Herstellung von Silizium-Photonik-Bauelementen verwendet, die Modulatoren, Kombinatoren, Wellenlängenverschlüsse, Wellenlängentuner usw. umfassen. Sowohl der MZ-Modulator als auch der Ringmodulator können auf Grundlage der Siliziumschicht auf dem SOI-Substrat hergestellt werden.
Unter Bezugnahme auf 11 umfasst das Verfahren auch einen Schritt zur Bildung eines Wellenleiters in der Siliziumschicht mit einer Rippenstruktur im Querschnitt, die mit einem ersten Plattenbereich auf einer Seite und einem zweiten Plattenbereich auf der gegenüberliegenden Seite verbunden ist. Optional weist die Rippenstruktur eine flache Oberseite mit einer Länge im Querschnitt auf, die mit einer ersten Kante, die mit dem ersten Plattenbereich verbunden ist, und einer zweiten Kante, die mit dem zweiten Plattenbereich verbunden ist, endet. Optional bietet die Rippenstruktur mit der endlichen Länge zwischen zwei Plattenbereichen mit Nenndicken, die kleiner als die Rippenstruktur sind, einen optischen Begrenzungseffekt für Lichtwellen, die sich durch sie hindurch bewegen, so dass die optische Leistung in dem Plattenbereich immer geringer wird, je weiter er von der ersten/zweiten Kante entfernt ist. Optional können der erste Plattenbereich und der zweite Plattenbereich in Bezug auf die Rippenstruktur in symmetrischer oder asymmetrischer Form in der Plattendicke oder - Länge vorliegen.
Unter Bezugnahme auf 11 umfasst das Verfahren zusätzlich einen Schritt der Dotierung des ersten Plattenbereichs auf ein mittleres hohes P+ Dotierungslevel und der Dotierung des zweiten Plattenbereichs auf ein mittleres hohes N+ Dotierungslevel. Der Dotierungsprozess umfasst das Strukturieren und Maskieren, um den ersten Plattenbereich oder den zweiten Plattenbereich zu definieren, und das Durchführen einer Ionenimplantation, um entweder P-Typ- oder N-Typ-ionische Verunreinigungen in den entsprechenden ersten Plattenbereich und den zweiten Plattenbereich mit einer kontrollierten Dosierung zu implantieren, die zu dem entsprechenden P+- oder N+-Zwischendotierungslevel führt. Optional wird das mittlere P+- oder N+-Dotierungslevel um eine oder zwei Größenordnungen höher angesetzt als ein moderates Dotierungslevel von 1×10¹⁷ cm^-3, das normalerweise zur Bildung eines PN-Übergangs im optischen Siliziummodulator verwendet wird. Optional endet der erste Plattenbereich mit einem ersten Endbereich, der mit P-Typ-Verunreinigungen auf einem sehr hohen P++-Dotierungslevel dotiert ist, und der zweite Plattenbereich endet mit einem zweiten Endbereich, der mit N-Typ-Verunreinigungen auf einem sehr hohen N++-Dotierungslevel dotiert ist. Das P++- oder N++-Dotierungslevel wird typischerweise auf etwa 1 × 10²⁰ cm^-3 festgelegt. Optional ist die erste Endregion so konfiguriert, dass sie eine P-seitige Kontaktelektrode mit ohmschem Kontakt bildet, und die zweite Endregion ist so konfiguriert, dass sie eine N-seitige Kontaktelektrode mit ohmschem Kontakt für den optischen Siliziummodulator bildet.
Wiederum Bezug nehmend auf 11 umfasst das Verfahren ferner einen Schritt der Ausdehnung des P+ Dotierungslevels in einen ersten Randteil der Rippenstruktur aus dem ersten Plattenbereich und der Ausdehnung des N+ Dotierungslevels in einen zweiten Randteil der Rippenstruktur aus dem zweiten Plattenbereich. Alternativ umfasst dieser Schritt eine Strukturierung und Maskierung, um den ersten Randteil der Rippenstruktur als einen Teil zu definieren, der mit dem ersten Plattenbereich verbunden ist, und um den zweiten Randteil der Rippenstruktur als einen Teil zu definieren, der mit dem zweiten Plattenbereich verbunden ist. Dann umfasst dieser Schritt weiterhin das Dotieren des ersten Randteils der Rippenstruktur in das gleiche intermediäre P+ Dotierungslevel und das Dotieren des zweiten Randteils der Rippenstruktur in das gleiche intermediäre N+ Dotierungslevel. Optional ist der erste Randteil im P+ Dotierungslevel durch einen reduzierten Abschnitt der Rippenstruktur mit einer Spaltbreite vom zweiten Randteil im N+ Dotierungslevel getrennt. Optional kann der Schritt des Strukturierens und Maskierens zur Definition des ersten Randteils der Rippenstruktur derselbe Schritt des Strukturierens und Maskierens zur Definition des ersten Plattenbereichs sein. Optional kann der Schritt des Strukturierens und Maskierens zur Definition des zweiten Randteils der Rippenstruktur derselbe Schritt des Strukturierens und Maskierens sein, um den zweiten Plattenbereich zu definieren.
Wiederum Bezug nehmend auf 11 umfasst das Verfahren außerdem einen Schritt zur Bildung eines PN-Übergangs in einem reduzierten Abschnitt der Rippenstruktur zwischen dem ersten Randteil und dem zweiten Randteil mit einem moderaten P/N-Dotierungslevel unterhalb des mittleren P+/N+-Levels. Der PN-Übergang wird durch einen strukturierten Ionenimplantationsprozess gebildet, der es ermöglicht, einen P-Typ-Teil des reduzierten Abschnitts in der Rippenstruktur neben dem ersten Kantenteil mit einem P+-Dotierungslevel und einen N-Typ-Teil des reduzierten Abschnitts in der Rippenstruktur neben dem zweiten Kantenteil mit einem N+-Dotierungslevel präzise zu definieren. Der P-Typ-Teil bildet eine Schnittstelle mit dem N-Typ-Teil. Eine Summe der Breiten des P-Typ-Teils und des N-Typ-Teils entspricht der Spaltbreite des reduzierten Abschnitts in der Rippenstruktur. Optional ist das Dotierungslevel des P-Typ-Teils oder des N-Typ-Teils ein moderates Level von 1×10¹⁷ cm^-3. Optional können die Länge, das Dotierungslevel und der Offset-Abstand des P-Typ-Teils und des N-Typ-Teils in symmetrischer oder asymmetrischer Form relativ zur PN-Übergangsebene vorliegen. Optional kann die Spaltbreite zwischen dem ersten Randteil der Rippenstruktur im P+ Dotierungslevel und dem zweiten Randteil der Rippenstruktur im N+ Dotierungslevel zusammen mit den P+/N+ Dotierungslevels in symmetrischer oder asymmetrischer Form relativ zur Rippenstruktur optimiert werden. Das Hinzufügen von P+ und N+ in der Rippenstruktur des Wellenleiters kann die Modulationseffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Modulatoren, die nur die niedriger dotierten P- oder N-Regionen in der Rippenstruktur aufweisen, erheblich verbessern. Optional kann die Spaltbreite auf Null reduziert werden, um einen PN-Übergang mit einer P+-dotierten Region zu schaffen, die direkt mit einer N+-dotierten Region verbunden ist. Die P+-dotierte Region umfasst einen Teil der Rippenstruktur sowie den ersten Plattenbereich und die N+-dotierte Region umfasst den restlichen Teil der Rippenstruktur sowie den zweiten Plattenbereich. Die Lückenbreite zwischen der P+-Region und der N+-Region sowie der Offset-Abstand von der P-N-Grenzflächenebene des Wellenleiters können so gewählt werden, dass die Modulationseffizienz optimiert wird, während die Bandbreite und die optischen Verluste nicht wesentlich beeinflusst werden. Optional kann die Gesamtlänge zwischen dem ersten Plattenbereich und dem zweiten Plattenbereich bei verbesserter Modulationseffizienz reduziert werden, um einen kompakteren Siliziummodulator mit Kompensation der Modulatorbandbreite zu bilden.
In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Siliziummodulators mit verbesserter Modulationseffizienz bereit. 12 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das den Umfang der Ansprüche nicht unangemessen einschränken soll. Ein Fachmann würde viele Variationen, Alternativen und Modifikationen erkennen. Wie in 12 dargestellt, umfasst das Verfahren einen Schritt, bei dem eine Siliziumschicht in einem Silizium-auf-Isolator (SOI)-Substrat aufgebracht wird. SOI-Substrate werden häufig für die Herstellung von Silizium-Photonik-Bauelementen verwendet, die Modulatoren, Kombinatoren, Wellenlängenverschlüsse, Wellenlängentuner usw. umfassen. Sowohl MZ-Modulator als auch Ringmodulator können auf Grundlage der Siliziumschicht auf SOI-Substrat hergestellt werden.
Unter Bezugnahme auf 12 umfasst das Verfahren auch einen Schritt zur Bildung eines Wellenleiters in der Siliziumschicht mit einer Rippenstruktur im Querschnitt, die mit einem ersten Plattenbereich auf einer Seite und einem zweiten Plattenbereich auf der gegenüberliegenden Seite verbunden ist. Optional weist die Rippenstruktur eine flache Oberseite mit einer Länge im Querschnitt auf, die mit einer ersten Kante, die mit dem ersten Plattenbereich verbunden ist, und einer zweiten Kante, die mit dem zweiten Plattenbereich verbunden ist, endet. Optional bietet die Rippenstruktur mit der endlichen Platten-Länge zwischen zwei Plattenbereichen, von denen jeder eine geringere Nenndicke als die Rippenstruktur aufweist, einen optischen Begrenzungseffekt für durchlaufende Lichtwellen, so dass die optische Leistung im Plattenbereich immer geringer wird, je weiter er von der ersten/zweiten Kante entfernt ist. Optional können der erste Plattenbereich und der zweite Plattenbereich in ihrer nominalen Plattendicke oder Platten-Länge in Bezug auf die Rippenstruktur symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet sein.
Bezug nehmend auf 12 umfasst das Verfahren zusätzlich einen Schritt der Bildung mehrerer geätzter (mehrfach geätzter) Abschnitte in jedem der ersten Plattenbereiche und des zweiten Plattenbereichs. Optional ist dieser Schritt so konfiguriert, dass ein gemusterter Ätzprozess an jedem vordefinierten Abschnitt in jedem Plattenbereich mit entsprechenden Abschnittslängen in entsprechenden Abständen von einer entsprechenden Kante der Rippenstruktur durchgeführt wird. In einer bestimmten Ausführungsform ist der Ätzprozess an jedem Abschnitt durch eine Ätztiefe gekennzeichnet, und der Schritt der Bildung der mehrfach geätzten Abschnitte umfasst die Bildung jeweiliger Abschnitte mit abnehmender Ätztiefe oder zunehmender Abschnittsdicke für Abschnitte, die weiter von der entsprechenden Kante der Rippenstruktur entfernt sind. Zum Beispiel weist der erste Abschnitt in einem Plattenbereich, der keinen Abstand zur entsprechenden ersten Kante der Rippenstruktur hat, die größte Ätztiefe auf. Der zweite Abschnitt neben dem ersten Abschnitt weist einen weiteren Abstand von der ersten Kante auf und ist durch eine geringere Ätztiefe oder eine größere Dicke als der erste Abschnitt gekennzeichnet. Der dritte Abschnitt weist ebenfalls eine größere Dicke als der zweite Abschnitt auf, und so weiter. Der letzte Abschnitt der Platte weist eine Dicke auf, die der Nenndicke der Platte entspricht. In der Ausführungsform, in der die mehrfach geätzten Abschnitte den Plattenbereich dünner machen, kann insbesondere der erste Abschnitt mit der größten Ätztiefe, der sich in der Nähe der Rippenstruktur befindet, den Einschließungseffekt des elektrischen Feldes auf den optischen Modus der Lichtwelle, die den Wellenleiter in der Rippenstruktur durchläuft, erheblich verbessern. Dieser Begrenzungseffekt kann die Modulationseffizienz des optischen Siliziummodulators erheblich verbessern. Mit anderen Worten, wenn der Modulator mit der gleichen Vorspannung beaufschlagt wird, kann er eine viel größere Phasenänderung des Lichtsignals bewirken. Darüber hinaus bietet eine Erhöhung der Plattendicke, die sich weiter von der Wellenleiterkante entfernt, einen Vorteil bei der Kompensation des Serienwiderstands, was zur Bildung eines Modulators mit optimierter Bandbreite beiträgt.
Wieder Bezug nehmend auf 12 umfasst das Verfahren ferner einen Schritt zur Bildung eines PN-Übergangs in der Rippenstruktur mit einem moderaten P/N-Dotierungslevel. Dieser Schritt bildet einen P-Typ-Teil, der mit einem N-Typ-Port in der Rippenstruktur verbunden ist. Dieser Schritt dient lediglich dazu, die Grundlage für den freien Ladungsträgereffekt oder den Plasmadispersionseffekt in dem Rippenwellenleiter zu schaffen. Wenn sich die an den PN-Übergang angelegte Spannung ändert, ändert sich auch die Ladungsträgerdichte, wodurch sich die Lichtabsorption und der Brechungsindex ändern. Die Änderungen des Brechungsindexes werden direkt in eine Phasen- und Intensitätsmodulation des Lichtsignals umgesetzt. Optional weist der PN-Übergang eine Breite (Abmessung des P-Typ-Teils + des N-Typ-Teils) auf, die kleiner ist als die Rippenbreite der Rippenstruktur.
Unter Bezugnahme auf 12 umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Dotierens der mehrfach geätzten Abschnitte im ersten/zweiten Plattenbereich mit P-Typ/N-Typ-Verunreinigungen mit jeweils zunehmenden Dotierungslevels für Abschnitte, die weiter von der Rippenstruktur entfernt sind. Für die mehrfach geätzten Abschnitte im ersten Plattenbereich umfasst dieser Schritt einen strukturierten Implantationsprozess, um mit zunehmender Dosis an ionischen Verunreinigungen vom P-Typ in die entsprechenden Abschnitte zu implantieren, und zwar sequentiell mit Abständen, die weiter von der ersten Kante des P-Typ-Teils der Rippenstruktur oder in dessen Nähe entfernt sind. In einem Beispiel können der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt, ..., letzte Abschnitt im ersten Plattenbereich jeweils mit zunehmendem P < P₊₁, <..., < P₊₂ Dotierungslevel dotiert werden. Der erste Abschnitt ist Teil des P-Typ-Teils der Rippenstruktur. In einem anderen Beispiel können der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt, ..., der letzte Abschnitt im ersten Plattenbereich jeweils mit zunehmendem P₊₁ < P₊₂, <..., < P₊₃ Dotierungslevel dotiert sein. Der erste Abschnitt mit P₊₁ > P Dotierungslevel ist nicht Teil der Rippenstruktur, sondern mit dem P-Typ-Teil der Rippenstruktur verbunden. Für die mehrfach geätzten Abschnitte im zweiten Plattenbereich umfasst dieser Schritt die Implantation einer zunehmenden Dosis ionischer Verunreinigungen vom N-Typ in die entsprechenden Abschnitte, und zwar nacheinander mit Abständen, die weiter von der zweiten Kante des N-Typ-Teils der Rippenstruktur oder in dessen Nähe liegen. In einem Beispiel können der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt, ..., der letzte Abschnitt im zweiten Plattenbereich jeweils mit zunehmendem N < N₊₁, <..., < N₊₂ Dotierungslevel dotiert werden. Der erste Abschnitt ist Teil des N-Typ-Teils der Rippenstruktur. In einem anderen Beispiel können der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt, ..., letzte Abschnitt im zweiten Plattenbereich jeweils mit zunehmendem N₊₁ < N₊₂, <..., < N₊₃ Dotierungslevel dotiert sein. Der erste Abschnitt mit N₊₁ > N Dotierungslevel ist nicht Teil des N-Typ-Teils der Rippenstruktur, sondern mit diesem verbunden. In der Ausführungsform werden verschiedene Dotierungsbedingungen in verschiedenen Plattenabschnitten mit unterschiedlichen Abschnittsdicken hinzugefügt, um den Serienwiderstand weiter zu optimieren. Aufgrund des besseren optischen Einschlusses, der die optische Mode im Rippenwellenleiter größtenteils einschränkt, würde eine Erhöhung der Dicke des Plattenabschnitts keinen spürbaren zusätzlichen optischen Verlust verursachen.
Für jeden der ersten Plattenbereiche und den zweiten Plattenbereich werden mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Längen und unterschiedlichen Abständen von der Rippenstruktur gemäß einer bestimmten optimierten Konfiguration definiert, um eine verbesserte Modulatorleistung zu erreichen. Optional können die Ätztiefe, die Abschnittslänge, der Abstand von der ersten Kante der Rippenstruktur und das Dotierungslevel des jeweiligen Abschnitts im ersten Plattenbereich nicht symmetrisch zu der Ätztiefe, der Abschnittslänge, dem Abstand von der zweiten Kante der Rippenstruktur und dem Dotierungslevel des jeweiligen Abschnitts im zweiten Plattenbereich ausgebildet sein. Beispielsweise nimmt die Ätztiefe eines Abschnitts im ersten Plattenbereich ab, wenn der Abstand des Abschnitts von der Rippenstruktur auf Grundlage einer ersten optimierten Konfiguration weiter entfernt ist. Die Ätztiefe eines Abschnitts im zweiten Plattenbereich nimmt ab, wenn der Abstand des Abschnitts auf Grundlage einer zweiten optimierten Konfiguration weiter von der Rippenstruktur entfernt ist. Optional wird ein erster strukturierter Implantationsprozess durchgeführt, um die mehrfach geätzten Abschnitte im ersten Plattenbereich mit präzisen Dosierungen herzustellen, die vom ersten Abschnitt bis zum letzten Abschnitt in einer ersten optimierten Konfiguration erhöht werden. Jeder Abschnitt im ersten Plattenbereich ist mit unterschiedlichen Dotierungslevels auf Grundlage der ersten optimierten Konfiguration in P-Typ dotiert. Optional wird ein zweiter strukturierter Implantationsprozess durchgeführt, um die mehrfach geätzten Abschnitte im zweiten Plattenbereich mit präzisen Dosierungen herzustellen, die vom ersten Abschnitt bis zum letzten Abschnitt in einer zweiten optimierten Konfiguration erhöht werden. Jeder Abschnitt im zweiten Plattenbereich ist mit einem unterschiedlichen Dotierungslevel basierend auf der zweiten optimierten Konfiguration N-dotiert.
Optional umfasst das Verfahren ferner einen Schritt der Bildung einer ersten Endregion mit stark dotierter P++-Verunreinigung, die mit dem letzten Abschnitt der ersten Region verbunden ist, und der Bildung einer zweiten Endregion mit stark dotierter N++-Verunreinigung, die mit dem letzten Abschnitt der zweiten Region verbunden ist. Optional umfasst das Verfahren ferner einen Schritt der Bildung einer ersten Elektrode mit einem ohmschen Kontakt mit dem ersten Endbereich mit starkem P++ Dotierungslevel und der Bildung einer zweiten Elektrode mit einem ohmschen Kontakt mit dem zweiten Endbereich mit starkem N++ Dotierungslevel.
Während die obige Beschreibung eine vollständige Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen ist, können verschiedene Modifikationen, alternative Konstruktionen und Äquivalente verwendet werden. Daher sollte die obige Beschreibung und Illustrationen nicht als Einschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung, die durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, genommen werden.

Claims

Optischer Modulator, umfassend: ein Substrat; eine erste P-Region mit einem ersten p-Typ-Dotierungslevel und eine erste N-Region mit einem ersten n-Typ-Dotierungslevel, die einen PN-Übergang bilden, der in dem Substrat angeordnet ist, wobei sowohl die erste P-Region als auch die erste N-Region einen ersten Abschnitt mit einer ersten Querschnittsdimension aufweisen; zwei oder mehr zusätzliche P-Regionen, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei eine der zwei oder mehr zusätzlichen P-Regionen an den ersten Abschnitt der ersten P-Region angrenzt, wobei die zwei oder mehr zusätzlichen P-Regionen jeweilige p-Typ-Dotierungslevel aufweisen, die sich von dem ersten p-Typ-Dotierungslevel der ersten P-Region unterscheiden und jeweilige Querschnittsdimensionen aufweisen, die sich von der ersten Querschnittsdimension des ersten Abschnitts der ersten P-Region unterscheiden; und zwei oder mehr zusätzliche N-Bereiche, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei einer der zwei oder mehr zusätzlichen N-Bereiche an den ersten Abschnitt des ersten N-Bereichs angrenzt, wobei die zwei oder mehr zusätzlichen N-Bereiche jeweilige n-Typ-Dotierungslevel aufweisen, die sich von dem ersten n-Typ-Dotierungslevel des ersten N-Bereichs unterscheiden und jeweilige Querschnittsdimensionen aufweisen, die sich von der ersten Querschnittsdimension des ersten Abschnitts des ersten N-Bereichs unterscheiden.
Optischer Modulator nach Anspruch 1 wobei: die jeweiligen p-Typ-Dotierungslevels der zwei oder mehr zusätzlichen P-Regionen größer sind als das erste p-Typ-Dotierungslevel der ersten P-Region; die jeweiligen Querschnittsdimensionen der zwei oder mehr zusätzlichen P-Regionen größer sind als die erste Querschnittsdimension des ersten Abschnitts der ersten P-Region; die jeweiligen n-Typ-Dotierungslevel der zwei oder mehr zusätzlichen N-Regionen größer sind als das erste n-Typ-Dotierungslevel der ersten N-Region; und die jeweiligen Querschnittsdimensionen der zwei oder mehr zusätzlichen N-Bereiche größer sind als die erste Querschnittsdimension des ersten Abschnitts des ersten N-Bereichs.
Optischer Modulator nach Anspruch 2, des Weiteren umfassend: eine zweite P-Region, die in dem Substrat angeordnet ist, wobei die zwei oder mehr zusätzlichen P-Regionen zwischen der zweiten P-Region und dem ersten Abschnitt der ersten P-Region liegen, wobei die zweite P-Region ein zweites p-Typ-Dotierungslevel aufweist, das größer ist als die jeweiligen p-Typ-Dotierungslevel der zwei oder mehr zusätzlichen P-Regionen; und einen zweiten N-Bereich, der in dem Substrat angeordnet ist, wobei die zwei oder mehr zusätzlichen N-Bereiche zwischen dem zweiten N-Bereich und dem ersten Abschnitt des ersten N-Bereichs liegen, wobei der zweite N-Bereich ein zweites n-Typ-Dotierungslevel aufweist, das größer als die jeweiligen n-Typ-Dotierungslevel der zwei oder mehr zusätzlichen N-Bereiche ist.
Optischer Modulator nach Anspruch 3, wobei die jeweiligen p-Typ-Dotierungslevel und die jeweiligen Querschnittsdimensionen der zwei oder mehr zusätzlichen P-Regionen von dem ersten Abschnitt der ersten P-Region zu der zweiten P-Region zunehmen und wobei die jeweiligen n-Typ-Dotierungslevel und die jeweiligen Querschnittsdimensionen der zwei oder mehr zusätzlichen N-Regionen von dem ersten Abschnitt der ersten N-Region zu der zweiten N-Region zunehmen.
Optischer Modulator nach Anspruch 3, wobei die jeweiligen elektrischen Widerstände der zwei oder mehr zusätzlichen P-Regionen von der ersten P-Region zur zweiten P-Region abnehmen und wobei die jeweiligen elektrischen Widerstände der zwei oder mehr zusätzlichen N-Regionen von der ersten N-Region zur zweiten N-Region abnehmen.
Optischer Modulator nach Anspruch 3, wobei die Querschnittsdimension einer der zwei oder mehr zusätzlichen P-Regionen, die an die zweite P-Region angrenzen, gleich einer Querschnittsdimension der zweiten P-Region ist, und wobei die Querschnittsdimension einer der zwei oder mehr zusätzlichen N-Regionen, die an die zweite N-Region angrenzen, gleich einer Querschnittsdimension der zweiten N-Region ist.
Optischer Modulator nach Anspruch 3, wobei die jeweiligen Längen der zwei oder mehr zusätzlichen P-Regionen von der ersten P-Region zur zweiten P-Region abnehmen und wobei die jeweiligen Längen der zwei oder mehr zusätzlichen N-Regionen von der ersten N-Region zur zweiten N-Region abnehmen.
Optischer Modulator nach Anspruch 1, wobei jede der zwei oder mehr zusätzlichen P-Regionen eine andere Länge hat als eine entsprechende der zwei oder mehr zusätzlichen N-Regionen.
Optischer Modulator nach Anspruch 1, wobei jede der zwei oder mehr zusätzlichen P-Regionen die gleiche Länge hat wie die entsprechende der zwei oder mehr zusätzlichen N-Regionen.
Optischer Modulator nach Anspruch 3, wobei der PN-Übergang zwischen der zweiten P-Region und der zweiten N-Region zentriert ist.
Optischer Modulator nach Anspruch 3, wobei der PN-Übergang näher an einer der zweiten P-Region und der zweiten N-Region liegt.
Optischer Modulator nach Anspruch 1, wobei sowohl die erste P-Region als auch die erste N-Region L-förmig ist und einen zweiten Abschnitt aufweist, der sich senkrecht zum ersten Abschnitt erstreckt, und wobei der zweite Abschnitt eine größere Höhe als der erste Abschnitt aufweist.
Optischer Modulator nach Anspruch 12, wobei der zweite Abschnitt der ersten P-Region ferner eine zusätzliche P-Region mit einem p-Typ-Dotierungslevel aufweist, das geringer ist als das erste p-Typ-Dotierungslevel, und wobei der zweite Abschnitt der ersten N-Region ferner eine zusätzliche N-Region mit einem n-Typ-Dotierungslevel aufweist, das geringer ist als das erste n-Typ-Dotierungslevel.