JP2010520506A5

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Publication number: JP2010520506A5
Application number: JP2009551977A
Authority: JP
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2027-10-30

Description

従来技術の上述した欠点に対処するために、本発明は光導波路型変調器を提供する。一実施形態では、この光導波路型変調器は、半導体平面光導波路コアと、このコアの両側に隣接して配置され、このコアの両端間に電圧を印加することができるドープ半導体接続パスとを含み、この光導波路コアおよび接続パスは、連続したＰＮ半導体接合部を有する構造を形成する。別の実施形態では、この光導波路型変調器は、少なくとも１つのＰＮ半導体接合部がその中に配置された突条部分を有する半導体光導波路コアを含む。この光導波路型変調器はまた、突条部分の横に隣接して配置され、突条部分に電圧を印加することができる１つまたは複数のドープ半導体接続パスも含む。

別の態様では、本発明は半導体平面光導波路の動作方法を提供する。この方法は、導波路の半導体光導波路コア中に光信号を送り込むステップを含む。この方法はまた、コアに沿って光信号が伝播している間、連続したＰＮ半導体接合部付近のキャリア密度が変調されるように、コアの幅または高さの両端間に印加される電圧を変調するステップであって、各ＰＮ半導体接合部の一部分がコア中に配置されるステップも含む。

図示の実施形態では、半導体光導波路コア２０５は、図示の通り光導波路コア２０５の両側に隣接して配置された連続したＰＮ半導体接合部２０６、２０７を含む。一般に、この連続したＰＮ半導体接合部は、使用される特定の極性または電荷濃度にとって有利とみなされるかどうかに応じて、光導波路コア２０５中の中心寄りに配置することができ、あるいは光導波路コア２０５中に非対称に配置することさえもできる。連続したＰＮ半導体接合部２０６、２０７は、印加された電気的変調信号に対応する電界によってアクティブ化される領域をもたらすように構成されている。

次に図２Ｂに移ると、図２Ａの光導波路型変調器２００に使用することができる、全体として２４０で示される電気的等価物の図が示されている。電気的等価物２４０は、第１および第２の端子２５０ａ、２５０ｂを有する、接続された第１および第２の連続した半導体ダイオード２４５ａ、２４５ｂを含む。第１および第２の連続した半導体ダイオード２４５ａ、２４５ｂは、光導波路型変調器２００のドーパントに対応して向きが定められる。図示の通り、第１の端子２５０ａと第２の２５０ｂの間に電気信号発生器２５５を接続することができる。

次に図３Ａに移ると、本発明の諸原理に従って構築された、全体として３００で示される半導体光導波路型変調器の一代替実施形態の断面図が示されている。この断面図は、図１に示す光導波路型変調器１００の中心を貫いた切断面を表す。光導波路型変調器３００は半導体光導波路コア３０５を含み、このコア３０５は突条領域を有するとともに、交互にドープされた領域３０６、３０７、３０８を含み、これらの領域は半導体光導波路コア３０５内で連続したＰＮ接合部３１１、３１２を形成する。

光導波路型変調器３４０は、図示の通り、連続したＰＮ半導体接合部３４６、３４７を使用しており、このＰＮ半導体接合部３４６は、第１の半導体スラブＡと半導体光導波路コア３４５の側部との間に含まれる。第１の電極３６０を含む第１の高ドープ半導体接続パス３５０が、ＰＮ半導体接合部３４６に結合されている。ＰＮ半導体接合部３４７は、第２の半導体スラブＢと半導体光導波路コア３４５の頂部部分との間に含まれる。第２の電極３６５を含む第２の高ドープ半導体接続パス３５５が、ＰＮ半導体接合部３４７に結合されている。

一実施形態では、半導体光導波路コアは、例えば図２Ａに示すように電界によってアクティブ化される領域をもたらす、光導波路コアの両側に隣接して配置された連続したＰＮ半導体接合部を含む。この連続したＰＮ半導体接合部は、半導体光導波路コア中にＰ型ドーパントを含み、この光導波路コアは、バイアス電圧が０の状態において、光導波路コアの少なくとも一部分内に、１立方センチメートル当たり１×１０^１５〜８×１０^１７電荷の範囲内の電荷キャリア濃度をもたらすことができる。この濃度は、適用されるデバイスの幾何形状および予想される駆動電圧によって変わる。それに対応して、光コアへの接続パスにＮ型ドーパントが使用され、これらの接続パスは電気的変調信号を搬送することができる。これらの接続パスでは、バイアス電圧が０の状態において、平均電荷キャリア濃度を１立方センチメートル当たり少なくとも１×１０^１９電荷とすることができる。

あるいは、連続したＰＮ半導体接合部は、光導波路コア中にＮ型ドーパントを含み、電気的変調信号に対する電流を光コアに／光コアから運ぶ接続パス中にＰ型ドーパントを含むこともできる。これらの諸実施形態では、電荷キャリア濃度は、正孔濃度と電子濃度が置き換えられること以外は、同様の値および分布を有することができる。さらに、いくつかの諸実施形態では、連続したＰＮ半導体接合部の少なくとも１つは、ＰＮ半導体接合部領域において真性半導体層、または絶縁層すなわち非ドープのＳｉ層またはシリカガラス層を含むこともできる。

次いで、電界によってアクティブ化される領域が、ステップ６２０で電気的変調信号に対応して変調される。一実施形態では、連続したＰＮ半導体接合部同士が協働して、光信号中で電気的変調信号の周波数２倍化をもたらす。電気的変調信号が連続したＰＮ半導体接合部のそれぞれ１つに交互に逆バイアスをかけたとき、この状態が生じる。交流の電気的変調信号の印加中に連続したＰＮ半導体接合部の１つに連続的に逆バイアスがかけられている状態にあるときには、光信号における電気的変調信号の周波数２倍化は得られない。この実施形態において、電界によってアクティブ化される領域を変調する間、単一のＰＮ半導体接合部が連続的な逆バイアス状態を維持しているときも同様である。方法６００はステップ６２５で終了する。

Claims

一端で入力光信号を受信し、他端で変調された光信号を出力するように構成された半導体平面光導波路コアと、
前記半導体平面光導波路コアの両側に隣接するように配置され、前記入力光信号が前記半導体平面光導波路コアに沿って伝播する間、前記入力光信号の伝播方向に横切って前記半導体平面光導波路コアに電圧を印加することができる第１および第２のドープされた半導体接続パスと、
電圧源と、
を含む光変調器を備える装置であって、
前記半導体平面光導波路コアならびに前記第１および第２のドープされた半導体接続パスが、背面ＰＮ半導体接合部を有する構造を形成し、
前記半導体平面光導波路コアが、前記接合部の両方に側部を形成し、
前記第１および第２のドープされた半導体接続パス、前記背面ＰＮ半導体接合部ならびに前記電圧源が直列に接続されている装置。
前記背面ＰＮ半導体接合部の少なくとも１つが、真性半導体層または絶縁層をさらに含む、請求項１に記載の装置。
前記電圧源が、直流バイアス電圧０の交流信号を出力するように構成されている、請求項１に記載の装置。
導波路の半導体光導波路コア中の端部に入力光信号を送り込む工程と、
前記入力光信号の伝播方向に横切って、前記半導体光導波路コアの幅または高さの両端間に印加される電圧源からの出力電圧を変調する工程であって、前記半導体平面光導波路コアの両側に隣接するように配置された第１および第２のドープされた半導体接続パスを介して前記出力電圧が印加されることで、前記半導体光導波路コアに沿って前記入力光信号が伝播している間、前記第１および第２のドープされた半導体接続パスならびに前記半導体光導波路コアによって形成された背面ＰＮ半導体接合部付近のキャリア密度が変調される工程と、
前記導波路の半導体光導波路コアの端部から変調された光信号を出力する工程と、
を含む前記入力光信号を変調する工程を備える半導体平面光導波路の動作方法であって、
各ＰＮ半導体接合部の一部分が、前記半導体光導波路コア中に配置され、
前記半導体平面光導波路コアが、前記接合部の両方に側部を形成し、
前記第１および第２のドープされた半導体接続パス、前記背面ＰＮ半導体接合部ならびに前記電圧源が直列に接続されている方法。
前記変調された光学信号が、前記電圧源の出力電圧の変調周波数の２倍で変調される、請求項４に記載の方法。
前記背面ＰＮ半導体接合部の少なくとも１つが、ドープされた半導体層の間に挟まれた真性半導体層または絶縁層をさらに含む、請求項４に記載の方法。
少なくとも１つのＰＮ半導体接合部がその中に配置された突条部分を含み、一端で入力光信号を受信し、他端で変調された光信号を出力するように構成された半導体平面光導波路コアと、
前記突条部分の横に隣接するように配置され、前記入力光信号が前記半導体平面光導波路コアに沿って伝播する間、前記入力光信号の伝播方向に横切って前記突条部分に電圧を印加することができる第１および第２のドープされた半導体接続パスと、
電圧源と、
を含む光変調器を備える装置であって、
前記突条部分が、背面ＰＮ半導体接合部を形成するＮＰＮまたはＰＮＰの順で形成された半導体層を含み、
前記半導体平面光導波路コアが、前記接合部の両方に側部を形成し、
前記第１および第２のドープされた半導体接続パス、前記背面ＰＮ半導体接合部ならびに前記電圧源が直列に接続されている装置。
前記１つまたは複数のドープされた半導体接続パスの少なくとも１つと、前記突出部分との間に配置された絶縁層をさらに含む、請求項７に記載の装置。
一端で入力光信号を受信し、他端で変調された光信号を出力するように構成された半導体平面光導波路コアと、
前記半導体平面光導波路コアのＮ型領域に隣接するように配置されたＮ型にドープされた半導体接続パス、ならびに前記半導体平面光導波路コアのＰ型領域に隣接するように配置されたＰ型にドープされた半導体接続パスであって、前記Ｎ型領域が前記Ｎ型にドープされた半導体接続パスおよび前記Ｐ型領域の間に配置され、前記Ｐ型領域が前記Ｐ型にドープされた半導体接続パスおよび前記Ｎ型領域の間に配置され、前記Ｎ型およびＰ型にドープされた半導体接続パスが前記入力光信号の伝播方向に横切って前記半導体平面光導波路コアに電圧を印加することができる半導体接続パスと、
を含む光変調器を備える装置であって、
前記半導体平面光導波路コアが、前記Ｎ型およびＰ型にドープされた領域に形成されたＰＮ接合部を含み、
真性半導体層または絶縁層が、前記Ｎ型およびＰ型にドープされた半導体接続パスの少なくとも１つと前記半導体平面光導波路コアとの間に配置されている装置。
前記真性半導体層または前記絶縁層が、前記Ｎ型およびＰ型にドープされた半導体接続パスの各々と前記半導体平面光導波路コアとの間に配置されている、請求項９に記載の装置。