JP2017045012A - Optical modulator - Google Patents

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JP2017045012A JP2015169805A JP2015169805A JP2017045012A JP 2017045012 A JP2017045012 A JP 2017045012A JP 2015169805 A JP2015169805 A JP 2015169805A JP 2015169805 A JP2015169805 A JP 2015169805A JP 2017045012 A JP2017045012 A JP 2017045012A
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浩 福田
Hiroshi Fukuda
浩 福田
新 亀井
Arata Kamei
新 亀井
健 都築
Takeshi Tsuzuki
健 都築
真 地蔵堂
Makoto Jizodo
真 地蔵堂
清史 菊池
Kiyoshi Kikuchi
清史 菊池
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon modulator of which an electrode has reduced electrode resistance.SOLUTION: An optical modulator of the present invention comprises: a substrate; a lower clad formed on the substrate; and a waveguide that is formed on the lower clad and includes a rib-shaped arm waveguide, one waveguide edge side from a center line in the width direction of the arm waveguide being a p-type semiconductor region, the other waveguide edge side from the center line in the width direction being an n-type semiconductor region, a pn junction being formed at the center line in the width direction, a high-concentration p-type semiconductor region being formed on part of the top surface opposite direction to the n-type semiconductor region in the p-type semiconductor region, and a high-concentration n-type semiconductor region being formed on part of the top surface opposite direction to the p-type semiconductor region in the n-type semiconductor region; two electrodes that are folded like bellows in the vertical direction to the substrate so that a fold line becomes the same direction as wave-guiding direction of light of the arm waveguide and that are each connected with the high-concentration p-type semiconductor region and the high-concentration n-type semiconductor region; and an upper clad formed on the waveguide.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は光変調器に関し、より詳細には、シリコンオンインシュレータウエハ上に形成したシリコン光変調器に関する.   The present invention relates to an optical modulator, and more particularly to a silicon optical modulator formed on a silicon-on-insulator wafer.

近年の光通信の普及に伴い、光通信装置の低コスト化が求められている。その解決策の一つとして、光通信装置を構成する光回路を、シリコンウエハのような大口径ウエハ上に、シリコンフォトニクスのような微小光回路技術を用いて形成する方法がある。これにより、1チップあたりの材料費を劇的に下げ、光通信装置の低コスト化を図ることが出来る。   With the spread of optical communication in recent years, there is a demand for cost reduction of optical communication devices. As one of the solutions, there is a method of forming an optical circuit constituting an optical communication device on a large-diameter wafer such as a silicon wafer by using a micro optical circuit technique such as silicon photonics. As a result, the material cost per chip can be dramatically reduced, and the cost of the optical communication device can be reduced.

このような技術を用いてシリコン基板上に形成する代表的な光変調器として、キャリア引抜型のシリコン光変調器がある(例えば特許文献1)。図1は、従来のキャリア引抜型のシリコン光変調器を示す図で、図1(a)はシリコン光変調器100の上面図を示し、図1(b)は図1(a)のA−A´における断面図を示している。シリコン光変調器100は、基板101と、基板101上に形成された下部クラッド102と、下部クラッド102上に形成された導波路103と、下部クラッド102上及び導波路103上に形成された上部クラッド104とを備える。導波路103は、入射導波路103−1と、入射導波路103−1からの光を分波する光分岐器103−2と、光分岐器103−2からの光が伝搬し、マッハツェンダー干渉計を構成するアーム導波路103−3及び103−4とを備える。また、導波路103は、アーム導波路103−3及び103−4からの光を合波する光合波器103−5と、光合波器103−5からの光をシリコン光変調器100から出射する出力導波路103−6とを備える。   As a typical optical modulator formed on a silicon substrate using such a technique, there is a carrier extraction type silicon optical modulator (for example, Patent Document 1). FIG. 1 is a view showing a conventional carrier extraction type silicon optical modulator. FIG. 1 (a) is a top view of the silicon optical modulator 100, and FIG. 1 (b) is an A- A sectional view at A 'is shown. The silicon optical modulator 100 includes a substrate 101, a lower clad 102 formed on the substrate 101, a waveguide 103 formed on the lower clad 102, and an upper portion formed on the lower clad 102 and the waveguide 103. And a clad 104. The waveguide 103 has an incident waveguide 103-1, an optical branching device 103-2 that demultiplexes light from the incident waveguide 103-1, and light from the optical branching device 103-2 propagates, and Mach-Zehnder interference. Arm waveguides 103-3 and 103-4 constituting the meter are provided. In addition, the waveguide 103 emits the light from the optical multiplexer 103-5 that combines the light from the arm waveguides 103-3 and 103-4 and the light from the optical multiplexer 103-5 from the silicon optical modulator 100. And an output waveguide 103-6.

アーム導波路103−3(103−4)の幅方向中心線から一方の導波路縁側はp型半導体領域111であり、幅方向中心線から他方の導波路縁側はn型半導体領域112である。中央は凸部であり、幅方向中心線には、pn接合部110が形成される。また、p型半導体領域111は、n型半導体領域112と反対方向の上面の一部が高濃度p型半導体領域113となっており、n型半導体領域112は、p型半導体領域111と反対方向の上面の一部が高濃度n型半導体領域114となっている。高濃度p型半導体領域113は、溝115を介して、電極116に接続されている。また、高濃度n型半導体領域114は、溝117を介して、電極118に接続されている。   One waveguide edge side from the width direction center line of the arm waveguide 103-3 (103-4) is the p-type semiconductor region 111, and the other waveguide edge side from the width direction center line is the n-type semiconductor region 112. The center is a convex portion, and a pn junction 110 is formed on the center line in the width direction. Further, the p-type semiconductor region 111 has a part of the upper surface in the opposite direction to the n-type semiconductor region 112 as a high-concentration p-type semiconductor region 113, and the n-type semiconductor region 112 is in the opposite direction to the p-type semiconductor region 111. A part of the upper surface of the region is a high-concentration n-type semiconductor region 114. The high concentration p-type semiconductor region 113 is connected to the electrode 116 through the trench 115. The high concentration n-type semiconductor region 114 is connected to the electrode 118 through the groove 117.

シリコン光変調器100は、電極116及び117を介して信号発生器105−1〜105−4から印加する高周波電力の電圧を変化させることにより、アーム導波路103−3(103−4)のpn接合部110周辺に形成される空乏層領域を増減させ、空乏層領域を伝播する光の位相等を変化させる。位相の変化した光は、光合波器104において干渉されることにより、変調される。   The silicon optical modulator 100 changes the voltage of the high frequency power applied from the signal generators 105-1 to 105-4 via the electrodes 116 and 117, thereby changing the pn of the arm waveguide 103-3 (103-4). The depletion layer region formed around the junction 110 is increased or decreased to change the phase of light propagating through the depletion layer region. The light whose phase has been changed is modulated by being interfered by the optical multiplexer 104.

特表2002−540469号公報Special Table 2002-540469

シリコン光変調器の変調効率を制限する原因の一つに、電極の抵抗がある。シリコン光変調器100はマッハツェンダー干渉計を構成する2本のアーム導波路103−3、103−4に高周波の電力を印加して動作させるものである。高周波電力は、電極116及び118から、高濃度p型半導体領域113および高濃度n型半導体領域114に供給される。ここで、電極116及び118の電極材料は、抵抗を有するため、高周波電力は、進行方向(電極が形成される方向)に伝播するにつれ、電極116及び118の持つ抵抗により減衰する。したがって、アーム導波路103−3(103−4)を長くすると、電極116及び118も長くなり、電力の減衰が大きくなる。従って、シリコン光変調器100に電力を供給する電力が電気抵抗として消費される結果、シリコン光変調器100の変調効率が低下するという問題がある。   One factor that limits the modulation efficiency of a silicon optical modulator is the resistance of the electrode. The silicon optical modulator 100 is operated by applying high frequency power to the two arm waveguides 103-3 and 103-4 constituting the Mach-Zehnder interferometer. High frequency power is supplied from the electrodes 116 and 118 to the high concentration p-type semiconductor region 113 and the high concentration n-type semiconductor region 114. Here, since the electrode material of the electrodes 116 and 118 has resistance, the high-frequency power attenuates due to the resistance of the electrodes 116 and 118 as it propagates in the traveling direction (direction in which the electrodes are formed). Therefore, when the arm waveguide 103-3 (103-4) is lengthened, the electrodes 116 and 118 are also lengthened, and the power attenuation is increased. Therefore, there is a problem in that the modulation efficiency of the silicon optical modulator 100 is reduced as a result of consuming electric power for supplying power to the silicon optical modulator 100 as an electric resistance.

本発明はこのような問題を解決するものであり、電極の電極抵抗を低減させたシリコン光変調器を提供することを目的としている。   The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a silicon optical modulator in which the electrode resistance of the electrode is reduced.

このような目的を達成するために、本発明の第1の態様は、光変調器であって、基板と、前記基板上に形成された下部クラッドと、前記下部クラッドに形成され、リブ形のアーム導波路を有する導波路であって、前記アーム導波路の幅方向中心線から一方の導波路縁側はp型半導体領域であり、前記幅方向中心線から他方の導波路縁側はn型半導体領域であり、前記幅方向中心線は、pn接合部が形成され、前記p型半導体領域は、n型半導体領域と反対方向の上面の一部に高濃度p型半導体領域が形成され、前記n型半導体領域は、前記p型半導体領域と反対方向の上面の一部に高濃度n型半導体領域が形成された、導波路と、前記下部クラッド及び前記導波路上に形成された上部クラッドと、前記上部クラッド上に形成され、前記上部クラッドに形成された複数の溝を介してそれぞれが前記高濃度p型半導体領域及び前記高濃度n型半導体領域に接続された二枚の電極とを備えることを特徴とする。   In order to achieve such an object, a first aspect of the present invention is an optical modulator comprising a substrate, a lower clad formed on the substrate, a rib-shaped rib formed on the lower clad. A waveguide having an arm waveguide, wherein one waveguide edge side from the width direction center line of the arm waveguide is a p-type semiconductor region, and the other waveguide edge side from the width direction center line is an n-type semiconductor region. The center line in the width direction is formed with a pn junction, and the p-type semiconductor region is formed with a high-concentration p-type semiconductor region on a part of the upper surface in the direction opposite to the n-type semiconductor region, and the n-type The semiconductor region includes a waveguide in which a high-concentration n-type semiconductor region is formed on a part of an upper surface in a direction opposite to the p-type semiconductor region, the lower cladding, and an upper cladding formed on the waveguide; Formed on the upper cladding, and Respectively, via a plurality of grooves formed in the head is characterized in that it comprises a two electrode connected to the high-concentration p-type semiconductor region and the high-concentration n-type semiconductor region.

また、本発明の第2の態様は、第1の態様の光変調器であって、前記二枚の電極の前記溝がすべて、前記高濃度p型半導体領域又は前記高濃度n型半導体領域に接続されることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the optical modulator according to the first aspect, wherein all the grooves of the two electrodes are formed in the high-concentration p-type semiconductor region or the high-concentration n-type semiconductor region. It is connected.

また、本発明の第3の態様は、第1の態様の光変調器であって、前記二枚の電極の前記溝のうちの一つのみが、前記高濃度p型半導体領域又は前記高濃度n型半導体領域に接続されることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the optical modulator according to the first aspect, wherein only one of the grooves of the two electrodes is the high concentration p-type semiconductor region or the high concentration. It is connected to an n-type semiconductor region.

また、本発明の第4の態様は、第1乃至第3のうちの一つの態様の光変調器であって、前記二枚の電極は、前記基板水平方向に蛇腹状にさらに折り曲げられていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the optical modulator according to any one of the first to third aspects, wherein the two electrodes are further bent in a bellows shape in the horizontal direction of the substrate. It is characterized by that.

また、本発明の第5の態様は、光変調器であって、基板と、前記基板上に形成された下部クラッドと、前記下部クラッドに形成され、リブ形のアーム導波路を有する導波路であって、前記アーム導波路の幅方向中心線から一方の導波路縁側はp型半導体領域であり、前記幅方向中心線から他方の導波路縁側はn型半導体領域であり、前記幅方向中心線は、pn接合部が形成され、前記p型半導体領域は、前記n型半導体領域と反対方向の上面の一部に高濃度p型半導体領域が形成され、前記n型半導体領域は、前記p型半導体領域と反対方向の上面の一部に高濃度n型半導体領域が形成された、導波路と、前記下部クラッド及び前記導波路上に形成された上部クラッドと、前記上部クラッド上面に形成された金属板と、前記高濃度p型半導体領域及び前記高濃度n型半導体領域とを接続する金属板とにより、前記光の導波方向と直交する方向の断面が櫛歯状に形成された電極とを備えることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an optical modulator comprising a substrate, a lower clad formed on the substrate, a waveguide formed on the lower clad and having a rib-shaped arm waveguide. The one waveguide edge side from the width direction center line of the arm waveguide is a p-type semiconductor region, and the other waveguide edge side from the width direction center line is an n-type semiconductor region, and the width direction center line Is formed with a pn junction, the p-type semiconductor region is formed with a high-concentration p-type semiconductor region on a part of the upper surface in the direction opposite to the n-type semiconductor region, and the n-type semiconductor region is formed with the p-type semiconductor region. A waveguide in which a high-concentration n-type semiconductor region is formed on a part of an upper surface in a direction opposite to the semiconductor region, the lower cladding, an upper cladding formed on the waveguide, and an upper surface of the upper cladding; Metal plate and the high-concentration p-type semiconductor The metal plate which connects the band and the high concentration n-type semiconductor region, the cross section in a direction perpendicular to the waveguide direction of the light, characterized in that it comprises an electrode formed in a comb shape.

また、本発明の第6の態様は、第5の態様の光変調器であって、前記高濃度p型半導体領域及び前記高濃度n型半導体領域とを接続する前記金属板がすべて、前記高濃度p型半導体領域又は前記高濃度n型半導体領域に接続されることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the optical modulator according to the fifth aspect, wherein the metal plate connecting the high concentration p-type semiconductor region and the high concentration n-type semiconductor region is all the high concentration. It is connected to the concentration p-type semiconductor region or the high concentration n-type semiconductor region.

また、本発明の第7の態様は、第6の態様の光変調器であって、前記電極は、さらに前記基板水平方向に延びる一の金属板を有し、前記光の導波方向と直交する方向の断面が2段の櫛歯状に形成されることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the optical modulator according to the sixth aspect, wherein the electrode further includes a metal plate extending in a horizontal direction of the substrate, and is orthogonal to the light guiding direction. The cross section in the direction to be formed is formed in a two-stage comb-teeth shape.

また、本発明の第8の態様は、光変調器であって、基板と、前記基板上に形成された下部クラッドと、前記下部クラッドに形成され、リブ形のアーム導波路を有する導波路であって、前記アーム導波路の幅方向中心線から一方の導波路縁側はp型半導体領域であり、前記幅方向中心線から他方の導波路縁側はn型半導体領域であり、前記幅方向中心線は、pn接合部が形成され、前記p型半導体領域は、前記n型半導体領域と反対方向の上面の一部に高濃度p型半導体領域が形成され、前記n型半導体領域は、前記p型半導体領域と反対方向の上面の一部に高濃度n型半導体領域が形成された、導波路と、前記下部クラッド及び前記導波路上に形成された上部クラッドと、前記上部クラッド水平方向に形成され、前記高濃度p型半導体領域及び前記高濃度n型半導体領域に接続する金属板と、水平方向に形成された金属板に接続する複数の金属板とにより、前記光の導波方向と直交する方向の断面が櫛歯状に形成された電極とを備えることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an optical modulator comprising a substrate, a lower clad formed on the substrate, and a waveguide having a rib-shaped arm waveguide formed on the lower clad. The one waveguide edge side from the width direction center line of the arm waveguide is a p-type semiconductor region, and the other waveguide edge side from the width direction center line is an n-type semiconductor region, and the width direction center line Is formed with a pn junction, the p-type semiconductor region is formed with a high-concentration p-type semiconductor region on a part of the upper surface in the direction opposite to the n-type semiconductor region, and the n-type semiconductor region is formed with the p-type semiconductor region. A waveguide in which a high-concentration n-type semiconductor region is formed on a part of the upper surface in the direction opposite to the semiconductor region, the lower cladding, the upper cladding formed on the waveguide, and the horizontal direction of the upper cladding. The high-concentration p-type semiconductor region and A metal plate connected to the high-concentration n-type semiconductor region and a plurality of metal plates connected to a metal plate formed in a horizontal direction form a cross section in a direction perpendicular to the light guiding direction in a comb shape. It is characterized by providing the electrode made by this.

本発明によれば、高周波電力を印加する電極の抵抗を下げることが出来るため、長尺に渡り、シリコン光変調器に対し電力供給が可能となり、低電圧駆動を実現でき、ひいてはシリコン光変調器の高効率化が可能となる。   According to the present invention, the resistance of the electrode to which high frequency power is applied can be lowered, so that power can be supplied to the silicon optical modulator over a long length, low voltage driving can be realized, and thus the silicon optical modulator can be realized. High efficiency can be achieved.

従来のキャリア引抜型のシリコン光変調器を示す図で、(a)はシリコン光変調器の上面図を示し、(b)は(a)のA−A´における断面図を示している。It is a figure which shows the conventional carrier extraction type | mold silicon optical modulator, (a) shows the top view of a silicon optical modulator, (b) has shown sectional drawing in AA 'of (a). 本発明の第1の実施形態にかかるシリコン光変調器を示す図で、(a)はシリコン光変調器の上面図を示し、(b)は(a)のB−B´における断面図を示している。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the silicon optical modulator concerning the 1st Embodiment of this invention, (a) shows the top view of a silicon optical modulator, (b) shows sectional drawing in BB 'of (a). ing. 本発明の第1の実施形態の変形例にかかるシリコン光変調器の光の導波方向に直交する方向の断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing of the direction orthogonal to the light waveguide direction of the silicon optical modulator concerning the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の変形例にかかるシリコン光変調器の光の導波方向に直交する方向の断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing of the direction orthogonal to the light waveguide direction of the silicon optical modulator concerning the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態にかかるシリコン光変調器の光の導波方向に直交する方向の断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing of the direction orthogonal to the light waveguide direction of the silicon optical modulator concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の変形例にかかるシリコン光変調器の光の導波方向に直交する方向の断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing of the direction orthogonal to the light waveguide direction of the silicon optical modulator concerning the modification of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の変形例にかかるシリコン光変調器の光の導波方向に直交する方向の断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing of the direction orthogonal to the light waveguide direction of the silicon optical modulator concerning the modification of the 2nd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図2は、本発明の第1の実施形態にかかるシリコン光変調器を示す図で、図2(a)はシリコン光変調器200の上面図を示し、図2(b)は図2(a)のA−A´における断面図を示している。シリコン光変調器200は、基板201と、基板201上に形成された下部クラッド202と、下部クラッド202に形成された導波路203と、導波路203上に形成された上部クラッド204とを備える。導波路203は、入射導波路203−1と、入射導波路203−1からの光を分波する光分岐器203−2と、光分岐器203−2からの光が伝搬し、マッハツェンダー干渉計を構成するアーム導波路203−3及び203−4とを備える。また、導波路203は、アーム導波路203−3及び203−4からの光を合波する光合波器203−5と、光合波器203−5からの光をシリコン光変調器200から出射する出力導波路203−6とを備える。
[First Embodiment]
FIG. 2 is a diagram showing a silicon optical modulator according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a top view of the silicon optical modulator 200, and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along line AA ′. The silicon optical modulator 200 includes a substrate 201, a lower clad 202 formed on the substrate 201, a waveguide 203 formed on the lower clad 202, and an upper clad 204 formed on the waveguide 203. The waveguide 203 propagates the incident waveguide 203-1, the optical branching device 203-2 that demultiplexes the light from the incident waveguide 203-1, and the light from the optical branching device 203-2, and Mach-Zehnder interference. Arm waveguides 203-3 and 203-4 constituting the meter are provided. In addition, the waveguide 203 emits light from the optical multiplexer 203-5 that combines the light from the arm waveguides 203-3 and 203-4 and the light from the optical multiplexer 203-5 from the silicon optical modulator 200. And an output waveguide 203-6.

アーム導波路203−3(203−4)は、リブ形導波路により構成されている。ここで、アーム導波路203−3(203−4)の幅方向中心線から一方の導波路縁側はp型半導体領域211であり、幅方向中心線から他方の導波路縁側はn型半導体領域212である。中央は凸部であり、幅方向中心線は、pn接合部210が形成される。また、p型半導体領域211は、n型半導体領域212と反対方向の上面の一部が高濃度p型半導体領域213となっており、n型半導体領域212は、p型半導体領域211と反対方向の上面の一部が高濃度n型半導体領域214となっている。   The arm waveguide 203-3 (203-4) is configured by a rib-shaped waveguide. Here, the one waveguide edge side from the width direction center line of the arm waveguide 203-3 (203-4) is the p-type semiconductor region 211, and the other waveguide edge side from the width direction center line is the n-type semiconductor region 212. It is. The center is a convex part, and the pn junction part 210 is formed in the center line in the width direction. In addition, the p-type semiconductor region 211 has a part of the upper surface in the opposite direction to the n-type semiconductor region 212 as a high-concentration p-type semiconductor region 213, and the n-type semiconductor region 212 is opposite to the p-type semiconductor region 211. A part of the upper surface of the region is a high-concentration n-type semiconductor region 214.

高濃度p型半導体領域213は、溝215−1〜215−3を介して、電極216に接続されている。また、高濃度n型半導体領域214は、溝217−1〜217−3を介して、電極218に接続されている。電極216及び218は、信号発生器205−3、205−4から高周波変調電力が供給される。   The high concentration p-type semiconductor region 213 is connected to the electrode 216 through the grooves 215-1 to 215-3. The high concentration n-type semiconductor region 214 is connected to the electrode 218 through the grooves 217-1 to 217-3. The electrodes 216 and 218 are supplied with high frequency modulation power from the signal generators 205-3 and 205-4.

電極216(218)は、断面構造が蛇腹状である。つまり、一枚の金属板を、折り目がアーム導波路の光の導波方向と同じ方向になるように基板201水平方向に蛇腹状に折り曲げる。このとき、蛇腹の一方の(基板201側の)折り返し端すべてが高濃度p型半導体領域213(高濃度n型半導体領域214)に接続するような構造、言い換えれば複数の溝215−1〜215−3(217−1〜217−3)を形成する構造となっている。電極216(218)は、断面構造を蛇腹状にすることにより、電極表面積を増大させている。高周波電力は電極表面を伝播するため、電極表面積を増大することで電極の抵抗を低減することができる。なお、溝215−1〜215−3(217−1〜217−3)には、クラッドが充填されてもよい。   The electrode 216 (218) has a bellows cross-sectional structure. That is, a single metal plate is bent in a bellows shape in the horizontal direction of the substrate 201 so that the fold is in the same direction as the light guiding direction of the arm waveguide. At this time, a structure in which all the folded ends (on the substrate 201 side) of the bellows are connected to the high-concentration p-type semiconductor region 213 (high-concentration n-type semiconductor region 214), in other words, a plurality of grooves 215-1 to 215. 3 (217-1 to 217-3). The electrode 216 (218) increases the electrode surface area by making the cross-sectional structure bellows. Since high frequency power propagates on the electrode surface, the resistance of the electrode can be reduced by increasing the electrode surface area. The grooves 215-1 to 215-3 (217-1 to 217-3) may be filled with a clad.

(変形例)
図3及び図4は、本発明の第1の実施形態の変形例にかかるシリコン光変調器の光の導波方向に直交する方向の断面図を示す図である。
(Modification)
3 and 4 are cross-sectional views in a direction perpendicular to the light guiding direction of the silicon optical modulator according to the modification of the first embodiment of the present invention.

図3のシリコン光変調器300は、電極316(318)の断面が蛇腹状となっている点は図2のシリコン光変調器200と同じである。しかし、図3のシリコン光変調器300は、基板301側の蛇腹の複数の折り返し端の一つのみが高濃度p型半導体領域313(高濃度n型半導体領域314)に接続するような構成となっている。   The silicon optical modulator 300 of FIG. 3 is the same as the silicon optical modulator 200 of FIG. 2 in that the electrode 316 (318) has a bellows cross section. However, the silicon optical modulator 300 of FIG. 3 has a configuration in which only one of the folded ends of the bellows on the substrate 301 side is connected to the high-concentration p-type semiconductor region 313 (high-concentration n-type semiconductor region 314). It has become.

図4のシリコン光変調器400は、電極416(418)の断面が二次元方向の蛇腹状に形成されている。つまり、光変調器基板垂直方向に折り返されるだけでなく、基板水平方向にも折り返されている形態である。   In the silicon optical modulator 400 of FIG. 4, the cross section of the electrode 416 (418) is formed in a bellows shape in a two-dimensional direction. That is, the optical modulator is not only folded in the vertical direction but also folded in the horizontal direction.

図2〜図4に記載のいずれのシリコン光変調器の電極も、通常の半導体製造プロセスで用いられるリソグラフィ技術ならびにダマシン技術で実現可能である。   The electrodes of any of the silicon light modulators shown in FIGS. 2 to 4 can be realized by lithography techniques and damascene techniques used in ordinary semiconductor manufacturing processes.

[第2の実施の形態]
図5は、本発明の第2の実施形態にかかるシリコン光変調器の光の導波方向に直交する方向の断面図を示す図である。図5のシリコン光変調器500は、基板501と、基板501上に形成された下部クラッド502と、下部クラッド502に形成されたアーム導波路503と、アーム導波路503上に形成された上部クラッド504とを備える。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the silicon optical modulator according to the second embodiment of the present invention in a direction orthogonal to the light guiding direction. 5 includes a substrate 501, a lower clad 502 formed on the substrate 501, an arm waveguide 503 formed on the lower clad 502, and an upper clad formed on the arm waveguide 503. 504.

アーム導波路503は、リブ形導波路により構成されている。ここで、アーム導波路503の幅方向中心線から一方の導波路縁側はp型半導体領域511であり、幅方向中心線から他方の導波路縁側はn型半導体領域512である。中央は凸部であり、幅方向中心線は、pn接合部510が形成される。また、p型半導体領域511は、n型半導体領域512と反対方向の上面の一部が高濃度p型半導体領域513となっており、n型半導体領域512は、p型半導体領域511と反対方向の上面の一部が高濃度n型半導体領域514となっている。   The arm waveguide 503 is configured by a rib-shaped waveguide. Here, the one waveguide edge side from the width direction center line of the arm waveguide 503 is the p-type semiconductor region 511, and the other waveguide edge side from the width direction center line is the n-type semiconductor region 512. The center is a convex part, and the pn junction part 510 is formed in the center line in the width direction. In addition, the p-type semiconductor region 511 has a part of the upper surface in the direction opposite to the n-type semiconductor region 512 as a high-concentration p-type semiconductor region 513, and the n-type semiconductor region 512 is opposite to the p-type semiconductor region 511. A part of the upper surface of the region is a high-concentration n-type semiconductor region 514.

高濃度p型半導体領域513は、電極516に接続されている。また、高濃度n型半導体領域514は、電極518に接続されている。電極516(518)は、断面構造が櫛歯状である。つまり、上部クラッド504の上面かつアーム導波路503の光の導波方向に一枚の金属板516−1(518−1)が形成され、複数の金属板516−2〜516〜N(518−2〜518−N)が、アーム導波路503の光の導波方向かつ基板垂直方向に上部クラッド504内に形成される。このとき、一枚の金属板516−1(518−1)は、複数の金属板516−2〜516〜N(518−2〜518−N)の一方の縁に接続しており、また、複数の金属板516−2〜516〜N(518−2〜518−N)の他方の縁が高濃度p型半導体領域513(高濃度n型半導体領域514)に接続するような構造となっている。電極516(518)は、断面構造を櫛歯状にすることにより、電極表面積を増大させている。高周波電力は電極表面を伝播するため、電極表面積を増大することで電極の抵抗を低減することができる。   The high concentration p-type semiconductor region 513 is connected to the electrode 516. The high concentration n-type semiconductor region 514 is connected to the electrode 518. The electrode 516 (518) has a comb-like cross-sectional structure. That is, one metal plate 516-1 (518-1) is formed on the upper surface of the upper clad 504 and the light guiding direction of the arm waveguide 503, and a plurality of metal plates 516-2 to 516 to N (518-). 2-518 -N) is formed in the upper cladding 504 in the light guiding direction of the arm waveguide 503 and in the direction perpendicular to the substrate. At this time, one metal plate 516-1 (518-1) is connected to one edge of a plurality of metal plates 516-2 to 516-N (518-2 to 518-N), The other edges of the plurality of metal plates 516-2 to 516 to N (518-2 to 518-N) are connected to the high-concentration p-type semiconductor region 513 (high-concentration n-type semiconductor region 514). Yes. The electrode 516 (518) increases the electrode surface area by making the cross-sectional structure comb-like. Since high frequency power propagates on the electrode surface, the resistance of the electrode can be reduced by increasing the electrode surface area.

(変形例)
図6及び図7は、本発明の第2の実施形態の変形例にかかるシリコン光変調器の光の導波方向に直交する方向の断面図を示す図である。
(Modification)
6 and 7 are cross-sectional views in a direction perpendicular to the light guiding direction of the silicon optical modulator according to the modification of the second embodiment of the present invention.

図6のシリコン光変調器600は、電極616(618)の断面が櫛歯状となっている点は図5のシリコン光変調器500と同じである。しかし、図6のシリコン光変調器600は、一枚の金属板616−1(618−1)が、上部クラッド604中に基板水平方向かつアーム導波路603の光の導波方向に形成され、一枚の金属板616−1(618−1)上に、複数の金属板616−2〜616〜N(618−2〜618−N)が、アーム導波路603の光の導波方向かつ基板垂直方向に形成される。   The silicon optical modulator 600 of FIG. 6 is the same as the silicon optical modulator 500 of FIG. 5 in that the electrode 616 (618) has a comb-like cross section. However, in the silicon optical modulator 600 of FIG. 6, a single metal plate 616-1 (618-1) is formed in the upper cladding 604 in the horizontal direction of the substrate and in the light guiding direction of the arm waveguide 603. On one metal plate 616-1 (618-1), a plurality of metal plates 616-2 to 616 to N (618-2 to 618-N) are arranged in the light guiding direction of the arm waveguide 603 and the substrate. It is formed in the vertical direction.

一枚の金属板616−1(618−1)は、断面がL字型であり、縁が高濃度p型半導体領域613(高濃度n型半導体領域614)に接続している。金属板616−1(618−1)の上面は、複数の金属板616−2〜616〜N(618−2〜618−N)の一方の縁に接続している。また、複数の金属板616−2〜616〜N(618−2〜618−N)の他方の縁は上部クラッド604上に露出している。   One metal plate 616-1 (618-1) is L-shaped in cross section and has an edge connected to the high-concentration p-type semiconductor region 613 (high-concentration n-type semiconductor region 614). The upper surface of the metal plate 616-1 (618-1) is connected to one edge of the plurality of metal plates 616-2 to 616 to N (618-2 to 618-N). The other edges of the plurality of metal plates 616-2 to 616 -N (618-2 to 618 -N) are exposed on the upper clad 604.

図7のシリコン光変調器700は、電極716(718)の断面が二段の櫛歯状に形成されている。つまり、電極716(718)は、水平方向の二つの金属板716−1及び716−2(718−1及び718−2)と、垂直方向の複数の金属板716−3〜716−N(718−3〜718−N)により構成されている。二つの金属板716−1及び716−2(718−1及び718−2)は、金属板716−3〜716−N(718−3〜718−N)それぞれと接続し、金属板716−3〜716−N(718−3〜718−N)の一方の縁は、高濃度p型半導体領域713(高濃度n型半導体領域714)に接続するような構造となっている。   In the silicon optical modulator 700 of FIG. 7, the cross section of the electrode 716 (718) is formed in a two-stage comb-teeth shape. That is, the electrode 716 (718) includes two horizontal metal plates 716-1 and 716-2 (718-1 and 718-2) and a plurality of vertical metal plates 716-3 to 716-N (718). -3 to 718-N). The two metal plates 716-1 and 716-2 (718-1 and 718-2) are connected to the metal plates 716-3 to 716-N (718-3 to 718-N), respectively, and the metal plate 716-3. One edge of ˜716-N (718-3 to 718-N) is connected to the high-concentration p-type semiconductor region 713 (high-concentration n-type semiconductor region 714).

図5〜図7に記載のいずれのシリコン光変調器の電極も、通常の半導体製造プロセスで用いられるリソグラフィ技術ならびにダマシン技術で実現可能である。   The electrodes of any of the silicon optical modulators shown in FIGS. 5 to 7 can be realized by lithography techniques and damascene techniques used in ordinary semiconductor manufacturing processes.

100、200、300、400、500、600、700 シリコン光変調器
101、201、301、401、501、601、701 基板
102、202、302、402、502、602、702 下部クラッド
103、203、303、403、503、603、703 導波路
103−1、203−1 入射導波路
103−2、203−2 光分波器
103−3、103−4、203−3、203−4 アーム導波路
103−5、203−5 光合波器
103−6、203−6 出射導波路
104、204、304、404、504、604、704 上部クラッド
105−1〜105−4、205−1〜205〜4 信号発生器
110、210、310、410、510、610、710 pn接合部
111、211、311、411、511、611、711 p型半導体領域
112、212、312、412、512、612、712 n型半導体領域
113、213、313、413、513、613、713 高濃度p型半導体領域
114、214、314、414、514、614、714 高濃度n型半導体領域
115、117、215−1〜215−3、217−1〜217−3、315−1〜315−3、317−1〜317−3、415−1、415−2、417―1、417−2 溝
116、118、216、218、316、318、416、418、516、518、616、618、716、718 電極
516−1〜516−N、518−1〜518−N、616−1〜616−N、618−1〜618−N、716−1〜716−N、718−1〜718−N 金属板
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 Silicon optical modulator 101, 201, 301, 401, 501, 601, 701 Substrate 102, 202, 302, 402, 502, 602, 702 Lower cladding 103, 203, 303, 403, 503, 603, 703 Waveguide 103-1, 203-1 Incident waveguide 103-2, 203-2 Optical demultiplexer 103-3, 103-4, 203-3, 203-4 Arm waveguide 103-5, 203-5 Optical multiplexer 103-6, 203-6 Outgoing waveguides 104, 204, 304, 404, 504, 604, 704 Upper clad 105-1 to 105-4, 205-1 to 205-4 Signal generators 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710 pn junctions 111, 211, 311, 411, 51 , 611, 711 p-type semiconductor regions 112, 212, 312, 412, 512, 612, 712 n-type semiconductor regions 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713 high-concentration p-type semiconductor regions 114, 214, 314, 414, 514, 614, 714 High-concentration n-type semiconductor regions 115, 117, 215-1 to 215-3, 217-1 to 217-3, 315-1 to 315-3, 317-1 to 317-3, 415 -1, 415-2, 417-1, 417-2 Grooves 116, 118, 216, 218, 316, 318, 416, 418, 516, 518, 616, 618, 716, 718 Electrodes 516-1 to 516-N 518-1 to 518-N, 6161-1 to 616-N, 618-1 to 618-N, 716-1 to 716-N, 718-1 to 718- Metal sheet

Claims (8)

基板と、
前記基板上に形成された下部クラッドと、
前記下部クラッドに形成され、リブ形のアーム導波路を有する導波路であって、前記アーム導波路の幅方向中心線から一方の導波路縁側はp型半導体領域であり、前記幅方向中心線から他方の導波路縁側はn型半導体領域であり、前記幅方向中心線は、pn接合部が形成され、前記p型半導体領域は、n型半導体領域と反対方向の上面の一部に高濃度p型半導体領域が形成され、前記n型半導体領域は、前記p型半導体領域と反対方向の上面の一部に高濃度n型半導体領域が形成された、導波路と、
前記下部クラッド及び前記導波路上に形成された上部クラッドと、
前記上部クラッド上に形成され、前記上部クラッドに形成された複数の溝を介してそれぞれが前記高濃度p型半導体領域及び前記高濃度n型半導体領域に接続された二枚の電極と
を備えることを特徴とする光変調器。
A substrate,
A lower cladding formed on the substrate;
A waveguide having a rib-shaped arm waveguide formed on the lower clad, wherein one waveguide edge side from the width direction center line of the arm waveguide is a p-type semiconductor region, and from the width direction center line The other waveguide edge is an n-type semiconductor region, the width direction center line is formed with a pn junction, and the p-type semiconductor region has a high concentration p on a part of the upper surface in the direction opposite to the n-type semiconductor region. A waveguide in which a high-concentration n-type semiconductor region is formed on a part of an upper surface in a direction opposite to the p-type semiconductor region;
An upper clad formed on the lower clad and the waveguide;
Two electrodes formed on the upper cladding and connected to the high-concentration p-type semiconductor region and the high-concentration n-type semiconductor region, respectively, through a plurality of grooves formed in the upper cladding. An optical modulator characterized by.
前記二枚の電極の前記溝がすべて、前記高濃度p型半導体領域又は前記高濃度n型半導体領域に接続されることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。   2. The optical modulator according to claim 1, wherein all the grooves of the two electrodes are connected to the high-concentration p-type semiconductor region or the high-concentration n-type semiconductor region. 前記二枚の電極の前記溝のうちの一つのみが、前記高濃度p型半導体領域又は前記高濃度n型半導体領域に接続されることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。   2. The optical modulator according to claim 1, wherein only one of the grooves of the two electrodes is connected to the high-concentration p-type semiconductor region or the high-concentration n-type semiconductor region. 前記二枚の電極は、前記基板水平方向に蛇腹状にさらに折り曲げられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光変調器。   4. The optical modulator according to claim 1, wherein the two electrodes are further bent in a bellows shape in the horizontal direction of the substrate. 5. 基板と、
前記基板上に形成された下部クラッドと、
前記下部クラッドに形成され、リブ形のアーム導波路を有する導波路であって、前記アーム導波路の幅方向中心線から一方の導波路縁側はp型半導体領域であり、前記幅方向中心線から他方の導波路縁側はn型半導体領域であり、前記幅方向中心線は、pn接合部が形成され、前記p型半導体領域は、前記n型半導体領域と反対方向の上面の一部に高濃度p型半導体領域が形成され、前記n型半導体領域は、前記p型半導体領域と反対方向の上面の一部に高濃度n型半導体領域が形成された、導波路と、
前記下部クラッド及び前記導波路上に形成された上部クラッドと、
前記上部クラッド上面に形成された金属板と、前記高濃度p型半導体領域及び前記高濃度n型半導体領域とを接続する金属板とにより、前記光の導波方向と直交する方向の断面が櫛歯状に形成された電極と
を備えることを特徴とする光変調器。
A substrate,
A lower cladding formed on the substrate;
A waveguide having a rib-shaped arm waveguide formed on the lower clad, wherein one waveguide edge side from the width direction center line of the arm waveguide is a p-type semiconductor region, and from the width direction center line The other waveguide edge is an n-type semiconductor region, the center line in the width direction is formed with a pn junction, and the p-type semiconductor region is highly concentrated on a part of the upper surface in the direction opposite to the n-type semiconductor region. a waveguide in which a p-type semiconductor region is formed, and the n-type semiconductor region includes a high-concentration n-type semiconductor region formed on a part of an upper surface in a direction opposite to the p-type semiconductor region;
An upper clad formed on the lower clad and the waveguide;
The metal plate formed on the upper surface of the upper clad and the metal plate connecting the high-concentration p-type semiconductor region and the high-concentration n-type semiconductor region have a cross section in a direction perpendicular to the light waveguide direction. An optical modulator comprising: an electrode formed in a tooth shape.
前記高濃度p型半導体領域及び前記高濃度n型半導体領域とを接続する前記金属板がすべて、前記高濃度p型半導体領域又は前記高濃度n型半導体領域に接続されることを特徴とする請求項5に記載の光変調器。   The metal plate connecting the high-concentration p-type semiconductor region and the high-concentration n-type semiconductor region is all connected to the high-concentration p-type semiconductor region or the high-concentration n-type semiconductor region. Item 6. The optical modulator according to Item 5. 前記電極は、さらに前記基板水平方向に延びる一の金属板を有し、前記光の導波方向と直交する方向の断面が2段の櫛歯状に形成されることを特徴とする請求項6に記載の光変調器。   7. The electrode according to claim 6, further comprising a metal plate extending in a horizontal direction of the substrate, wherein a cross section in a direction orthogonal to the light guiding direction is formed in a two-step comb shape. An optical modulator according to 1. 基板と、
前記基板上に形成された下部クラッドと、
前記下部クラッドに形成され、リブ形のアーム導波路を有する導波路であって、前記アーム導波路の幅方向中心線から一方の導波路縁側はp型半導体領域であり、前記幅方向中心線から他方の導波路縁側はn型半導体領域であり、前記幅方向中心線は、pn接合部が形成され、前記p型半導体領域は、前記n型半導体領域と反対方向の上面の一部に高濃度p型半導体領域が形成され、前記n型半導体領域は、前記p型半導体領域と反対方向の上面の一部に高濃度n型半導体領域が形成された、導波路と、
前記下部クラッド及び前記導波路上に形成された上部クラッドと、
前記上部クラッド水平方向に形成され、前記高濃度p型半導体領域及び前記高濃度n型半導体領域に接続する金属板と、水平方向に形成された金属板に接続する複数の金属板とにより、前記光の導波方向と直交する方向の断面が櫛歯状に形成された電極と
を備えることを特徴とする光変調器。
A substrate,
A lower cladding formed on the substrate;
A waveguide having a rib-shaped arm waveguide formed on the lower clad, wherein one waveguide edge side from the width direction center line of the arm waveguide is a p-type semiconductor region, and from the width direction center line The other waveguide edge is an n-type semiconductor region, the center line in the width direction is formed with a pn junction, and the p-type semiconductor region is highly concentrated on a part of the upper surface in the direction opposite to the n-type semiconductor region. a waveguide in which a p-type semiconductor region is formed, and the n-type semiconductor region includes a high-concentration n-type semiconductor region formed on a part of an upper surface in a direction opposite to the p-type semiconductor region;
An upper clad formed on the lower clad and the waveguide;
A metal plate formed in the upper clad horizontal direction and connected to the high-concentration p-type semiconductor region and the high-concentration n-type semiconductor region; and a plurality of metal plates connected to the metal plate formed in the horizontal direction, An optical modulator comprising: an electrode having a cross-section in a direction perpendicular to a light guide direction formed in a comb shape.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001133641A (en) * 1999-11-05 2001-05-18 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Optical waveguide element
WO2014103432A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 株式会社フジクラ Optical waveguide element and optical modulator
EP2829906A1 (en) * 2013-07-23 2015-01-28 IMEC vzw Carrier-depletion based silicon waveguide resonant cavity modulator with integrated optical power monitor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001133641A (en) * 1999-11-05 2001-05-18 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Optical waveguide element
WO2014103432A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 株式会社フジクラ Optical waveguide element and optical modulator
EP2829906A1 (en) * 2013-07-23 2015-01-28 IMEC vzw Carrier-depletion based silicon waveguide resonant cavity modulator with integrated optical power monitor

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