JP2020519970A - 製造誤差に強い光変調器 - Google Patents

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Abstract

光電子集積回路は、(i)第1の製造パターンに従う第1の背面接合コンポーネント(BBJC)及び第2のBBJCであって、第1のBBJCが、第1のA型p−n接合(APNJ)及びこれに直列の第1のB型p−n接合(BPNJ)を含み、第2のBBJCが、第2のAPNJ及びこれに直列の第2のBPNJを含む、第1のBBJC及び第2のBBJCと、(ii)第1の製造パターンに重畳される第2の製造パターンに従う光コンポーネントとを含む。APNJとBPNJは、光コンポーネントの別々のアームと重なることに基づいて識別してもよい。光コンポーネントは、APNJ及びBPNJと重なって、電極からの変調電圧を使用して光信号を変調する。第1のAPNJ、第1のBPNJ、第2のAPNJ、及び第2のBPNJは、製造位置ずれに起因する光信号の変調の不均衡を低減するようにそれぞれの方向に沿って配置される(これには金属ブリッジを使用してもよい)。

Description

電子コンポーネントは、コンポーネントの動作中に電流及び/又は信号を伝導、送信、受信、生成、又はその他の方法で使用するコンポーネントである。光電子コンポーネントは、動作中に光信号も使用する電子コンポーネントである。光電子集積回路は、「チップ」と称する1つの小さな平らな部品上の光電子コンポーネントの集合であり、ウェーハを使用したバッチ製造プロセスにより作成される。ウェーハは、多数の光電子集積回路を同時に製造するために、別の材料層(例えば、金属、酸化物等)で覆われた半導体材料(例えば、シリコン)を含んでもよい。ウェーハ製造に続いて、複数の光電子集積回路が各チップに分割されて最終実装形態となる。光電子集積回路のレイアウトは、光電子集積回路の平面的な幾何学的コンポーネント形状を設計配置したものである。光電子集積回路の製造パターンは、レイアウトに基づきウェーハ、ダイ、及び/又はチップ上に形成される半導体、酸化物、金属、又は他の材料の層のパターンである。位置ずれは、レイアウトに対する製造パターン中の各層間のずれである。
p−n接合は、半導体材料のp型領域とn型領域との間の境界線又は境界面である。p型領域及びn型領域は、p型ドーパント又はn型ドーパントをそれぞれ使用して、半導体材料を(例えば、イオン注入プロセス、拡散プロセス、エピタキシープロセス等により)選択的にドーピングすることによって作成される。p型領域及びn型領域の製造パターンは、選択的ドーピングを行うために使用される1つ又は複数のリソグラフィマスクに基づく。
導波路は、例えば、光信号としての電磁(EM)波の伝播を閉じ込め、誘導する物理的な構造を有する光電子コンポーネントである。モードは、導波路中の電磁(EM)界パターンである。導波路の製造パターンは、物理的な構造に対応し、物理的な構造を形成するために使用される1つ又は複数のリソグラフィマスクに基づく。
全体として、本発明の一態様は、光電子集積回路に関する。光電子集積回路は、(i)第1の製造パターンに従う第1の背面接合コンポーネント(BBJC)及び第2のBBJCであって、第1のBBJCが第1のA型p−n接合(APNJ)及びこれに直列の第1のB型p−n接合(BPNJ)を含み、第2のBBJCが、第2のAPNJ及びこれに直列の第2のBPNJを含む、第1のBBJC及び第2のBBJCと、(ii)第1の製造パターンに重畳される第2の製造パターンに従う光コンポーネントであって、第1のAPNJ及び第2のAPNJに重なって、第1のp型重なり領域及び第1のn型重なり領域を画定し、第1のBPNJ及び第2のBPNJに重なって、第2のp型重なり領域及び第2のn型重なり領域を画定する光コンポーネントとを含む。APNJとBPNJは、光コンポーネントの別々のアームと重なることに基づいて識別してもよい。第1のAPNJ、第1のBPNJ、第2のAPNJ、及び第2のBPNJが、(i)第1の製造パターンの第2の製造パターンに対する製造位置ずれ量に左右されずに、第1のp型重なり領域と第2のp型領域とが実質的に同じ大きさとなり、(ii)第1の製造パターンの第2の製造パターンに対する製造位置ずれ量に左右されずに、第1のn型重なり領域と第2のn型領域とが実質的に同じ大きさとなるように、それぞれの方向に沿って配置されている(これには金属ブリッジを使用してもよい)。
全体として、本発明の一態様は、光変調器回路に関する。光変調器回路は、(i)光変調器回路の変調電圧を伝播するようになっている第1の電極及び第2の電極と、(ii)第1の電極及び第2の電極に接続され、変調電圧を受ける第1の背面接合コンポーネント(BBJC)及び第2のBBJCであって、第1のBBJCが第1のA型p−n接合(APNJ)及びこれに直列の第1のB型p−n接合(BPNJ)を含み、第2のBBJCが、第2のAPNJ及びこれに直列の第2のBPNJを含む、第1の製造パターンに従う第1のBBJC及び第2のBBJCと、(iii)光変調器回路の光信号を伝播するようになっている第1の光導波路及び第2の光導波路であって、第1の光導波路及び第2の光導波路が第1の製造パターンに重畳される第2の製造パターンに従い、第1の光導波路が、第1のAPNJ及び第2のAPNJに重なって、第1のp型重なり領域及び第1のn型重なり領域を画定し、第2の光導波路が、第1のBPNJ及び第2のBPNJに重なって、第2のp型重なり領域及び第2のn型重なり領域を画定する第1の光導波路及び第2の光導波路とを含む。APNJとBPNJは、第1の光導波路又は第2の光導波路に重なることに基づいて識別してもよい。第1のAPNJ、第1のBPNJ、第2のAPNJ、及び第2のBPNJが、(i)第1の製造パターンの第2の製造パターンに対する製造位置ずれ量に左右されずに、第1のp型重なり領域と第2のp型領域とが実質的に同じ大きさとなり、(ii)第1の製造パターンの第2の製造パターンに対する製造位置ずれ量に左右されずに、第1のn型重なり領域と第2のn型領域とが実質的に同じ大きさとなるように、それぞれの方向に沿って配置される(これには金属ブリッジを使用してもよい)。このそれぞれの方向によって、第1の電極及び第2の電極からの変調電圧を使用する光信号の変調における不均衡が低減される。
全体として、本発明の一態様は、光電子集積回路を製造する方法に関する。この方法は、(ii)第1のA型p−n接合(APNJ)及びこれに直列の第1のB型p−n接合(BPNJ)を含む第1の背面接合コンポーネント(BBJC)と、第2のAPNJ及びこれに直列の第2のBPNJを含む第2のBBJCとを、第1の製造パターンに従って形成することと、(ii)第1のAPNJ及び第2のAPNJに重なって、第1のp型重なり領域及び第1のn型重なり領域を画定し、第1のBPNJ及び第2のBPNJに重なって、第2のp型重なり領域及び第2のn型重なり領域を画定する光コンポーネントを、第1の製造パターンに重畳される第2の製造パターンに従って形成することと、を含む。APNJとBPNJは、光コンポーネントの別々のアームと重なることに基づいて識別してもよい。第1のAPNJ、第1のBPNJ、第2のAPNJ、及び第2のBPNJが、(i)第1の製造パターンの第2の製造パターンに対する製造位置ずれ量に左右されずに、第1のp型重なり領域と第2のp型領域とが実質的に同じ大きさとなり、(ii)第1の製造パターンの第2の製造パターンに対する製造位置ずれ量に左右されずに、第1のn型重なり領域と第2のn型領域とが実質的に同じ大きさとなるように、それぞれの方向に沿って配置される(これには金属ブリッジを使用してもよい)。
本発明の他の態様は以下の説明及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
本発明の1つ又は複数の実施形態に係る製造パターン図である。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る製造パターン図である。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る上面図及び側面図である。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る側面図である。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る側面図である。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る方法フローチャートである。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る実施例を示す図である。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る実施例を示す図である。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る実施例を示す図である。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る実施例を示す図である。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る実施例を示す図である。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る実施例を示す図である。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る実施例を示す図である。 本発明の1つ又は複数の実施形態に係る実施例を示す図である。
本発明の具体的な実施形態を、添付の図を参照し、以下に詳細に説明する。一貫性を保つため、各図中の同様な要素は、同様の参照番号で示されている。
本発明の実施形態の以下の詳細な説明において、本発明がより完全に理解できるように、多数の具体的な詳細が記載されている。しかし、これらの具体的な詳細が無くても本発明を実施できることは当業者にとっては明らかであろう。また、説明を不必要に複雑にすることを避けるため、よく知られた特徴は詳細には説明していない。
以下の説明において、1つの図に関して説明される任意のコンポーネントは、本発明の様々な実施形態において、その他の図に関して説明される1つ又は複数の同様の名前のコンポーネントと同等であり得る。簡潔にするために、これらのコンポーネントは、それぞれの図に関して繰り返し説明しない。従って、各図のコンポーネントのありとあらゆる実施形態は参照によって組み込まれ、1つ又は複数の同様の名前のコンポーネントを有する全ての他の図において、必要に応じて存在していると想定する。また、本発明の様々な実施形態に関し、ある図のコンポーネントのいかなる説明も、その他の図中のこれに対応する同様の名前のコンポーネントに関して記述された実施形態に、加えて、併せて、又はその代わりに実施され得る任意選択の実施形態として解釈されるべきである。図中、同一直線上にある3つの黒塗りの点は、これらの同一直線上の黒塗りの点の前後のコンポーネントと同様な追加のコンポーネントが、必要に応じて存在する場合があることを示している。
本願を通じて、序数(例えば、第1の、第2の、第3の等)は、要素(すなわち、本願中の任意の名詞)の形容詞として使用する場合がある。序数の使用は、「前」「後」「単一」等の用語を使用する等によって明示的に示さない限り、各要素の特定の順序を示唆、又は順序づけるためではなく、任意要素を単一の要素のみであることに限定するためでもない。序数の使用は、むしろ各要素を区別するためである。一例として、第1の要素は、第2の要素とは別のものであり、第1の要素は、複数の要素を包含してよく、要素の順序において、第2の要素に続いても(又は先行しても)よい。
全体として、本発明の実施形態は、光コンポーネントと重なり、位置合わせされた背面接合コンポーネント(back−to−back−junction component:BBJC)の一群を有する光電子集積回路を提供する。BBJCは、光コンポーネントに対する位置ずれの影響を低減するレイアウトに従って光電子集積回路中に配置される。1つ又は複数の実施形態において、BBJC及び光コンポーネントは、光変調器の2つのアームを形成する。p−n接合のp型領域及びn型領域は、BBJC間で幾何学的に入れ替えられる。例えば、光変調器の各アームは、(i)p型領域を光コンポーネントの一方側にもつp−n接合を有するBBJCと、(ii)p型領域を光コンポーネントの他方側にもつp−n接合を有するBBJCとを、実質的に同じ数だけ含む。従って、光コンポーネントに対してBBJCが位置ずれしても、両方のアーム中に実質的に同じ影響が発生し、光変調器上の位置ずれの影響が低減される。
図1.1に、本発明の1つ又は複数の実施形態に係る光電子集積回路(100)の製造パターン図を示す。本開示全体を通し、製造パターン図に描かれたコンポーネントの相対的な位置及び方向は、集積回路チップ又はダイ上の物理的なレイアウト位置及びレイアウト方向に対応する。本発明の1つ又は複数の実施形態において、図1.1に示す1つ又は複数の要素を省略、重複、及び/又は置換してもよい。従って、本発明の実施形態が図1.1に示すモジュールの特定の配置に制限されると考えるべきではない。
図1.1に示すように、光電子集積回路(100)は、背面接合コンポーネント(back−to−back junction component:BBJC)製造パターンに従い、並列に配置されたBBJCの配列(例えば、BBJC A(101)、BBJC B(102)等)を含む。本明細書において、BBJC製造パターンは、BBJCのレイアウトに基づき、ウェーハ、ダイ、及び/又はチップ上に形成された半導体、酸化物、金属、又は他の材料の層のパターンである。具体的には、BBJCは、pnnpコンポーネント又はnppnコンポーネントのいずれかとして電気的に接続された2つのp−n接合を有する電子コンポーネントである。言い換えると、BBJCは、2つの異なる電気接続配列(すなわち、pnnp配列、又はnppn配列)をもつことができる。pnnp配列のBBJC(すなわち、pnnpコンポーネント)は、2つのp−n接合のn型領域が電気的に互いに接続されている。nppn配列のBBJC(すなわち、nppnコンポーネント)は、2つのp−n接合のp型領域が電気的に互いに接続されている。
BBJCの電気接続配列は、p−n接合の電気接続を指し、これに基づくが、BBJCのドーピング型配列は、BBJCのドープ領域(すなわち、n型領域及びp型領域)のレイアウトに従うドーピング型(すなわち、n型又はp型)の物理配列である。
BBJC A(101)は、ドープ領域(111)、(112)、(113)、及び(114)の物理的レイアウト配列から形成された、p−n接合A(104)及びこれに直列のp−n接合B(105)を含む。ドープ領域(111)、(112)、(113)、及び(114)のドーピング型(すなわち、n型又はp型)をそれぞれ、x、y、z、及びwで示すと、BBJC A(101)のドーピング型配列は、x−y−z−w配列である。いくつかの実施形態では、ドープ領域(112)と(113)との間に非ドープ領域が介在する場合もある。同様に、BBJC B(102)は、ドープ領域(115)、(116)、(117)、及び(118)の物理的レイアウト配列から形成された、p−n接合C(106)及びこれに直列のp−n接合D(107)を含む。ドープ領域(115)、(116)、(117)、及び(118)のドーピング型(すなわち、n型又はp型)をそれぞれ、q、p、r、及びsで示すと、BBJC B(102)のドーピング型配列は、q−p−r−s配列である。いくつかの実施形態では、ドープ領域(116)と(117)との間に非ドープ領域が介在する場合もある。例えば、BBJC A(101)及び/又はBBJC B(102)のドーピング型配列は、n−p−n−p、p−n−n−p、n−p−p−n、又はp−n−p−nとなり得る。
1つ又は複数の実施形態において、ドープ領域(111)、(112)、(113)、(114)、(115)、(116)、(117)、及び(118)は、(明確に示してはいないが)連続する同じ型のドープ領域を介して、及び/又はそれぞれのpnnpコンポーネント又はnppnコンポーネントを形成するための金属ブリッジを介して電気的に相互接続されている。詳細には、ドーピング型配列及び電気接続配列は、BBJC A(101)及びBBJC B(102)(より詳細には、ドープ領域(111)、(112)、(113)、(114)、(115)、(116)、(117)、及び(118))の製造パターンに関係し、この製造パターンは、BBJC A(101)及びBBJC B(102)の選択的ドーピングを行うために使用される1つ又は複数のリソグラフィマスクに基づく。ドープ領域(111)、(112)、(113)、(114)、(115)、(116)、(117)、及び(118)の様々なドーピング型配列及び電気接続配列を、以下の図2.1〜図2.3を参照して説明する。
図1.1に示すように、光電子集積回路(100)は更に、光コンポーネント製造パターンに従う光コンポーネント(103)を含む。本明細書において、光コンポーネント製造パターンは、光コンポーネントのレイアウトに基づき、ウェーハ、ダイ、及び/又はチップ上に形成された半導体、酸化物、金属、又は他の材料の層のパターンである。詳細には、光コンポーネント(103)の製造パターンは、BBJC A(101)及びBBJC B(102)の製造パターンに重畳される。2つの製造パターンには、光コンポーネント(103)の分割線(301)に対しての位置ずれ(302)が発生する。詳細には、p−n接合B(105)及びp−n接合D(107)は、光電子集積回路(100)のレイアウトに従って、分割線(301)と一致するように設計されている。例えば、分割線(301)は、光電子集積回路(100)レイアウトにおいて、光コンポーネント(103)が、反対の型のドーピング領域と重なる部分に分割されるように、回路設計者によって指定され得る。製造中、位置ずれ(302)は、前述のリソグラフィマスク間のずれに起因して発生する。
位置ずれ(302)又は位置ずれしたp−n接合に対して重なった領域がどちら側であるかによって、位置ずれ(302)により発生する光コンポーネント(103)とドープ領域との重なりの大きさが、回路設計者の指定とは異なるものになる。例えば、光コンポーネント(103)(又は、その製造パターン)がドープ領域(111)及び(112)(又は、その製造パターン)に重なって、p−n接合A(104)によって仕切られた、大きさが異なる反対の型の2つの重なり領域(強調表示されている部分)を画定する。同様に、光コンポーネント(103)(又は、その製造パターン)がドープ領域(113)及び(114)(又は、その製造パターン)に重なり、p−n接合B(105)によって仕切られた、大きさが異なる反対の型の2つの重なり領域(強調表示されている部分)を画定する。BBJC A(101)における、これらの大きさが異なる反対の型の重なり領域は、p型領域又はn型領域のいずれかの2つのp−n接合(すなわち、p−n接合A(104)、p−n接合B(105))の間に、重なり領域の大きさの不均衡を発生させる場合がある。BBJC B(102)の重なり領域もまた、BBJC A(101)と同様に、重なり領域の大きさの別の不均衡を発生させる可能性がある。
1つ又は複数の実施形態において、p−n接合A(104)、p−n接合B(105)、p−n接合C(106)、及びp−n接合D(107)は、(i)p−n接合A(104)及びp−n接合C(106)を合わせたp型重なり領域が、位置ずれ(302)に左右されずに、p−n接合B(105)及びp−n接合D(107)を合わせたp型重なり領域と実質的に同じ大きさを有し、且つ、(ii)p−n接合A(104)及びp−n接合C(106)を合わせたn型重なり領域が、位置ずれ(302)に左右されずに、p−n接合B(105)及びp−n接合D(107)を合わせたn型重なり領域と実質的に同じ大きさを有するように、それぞれの方向に沿って配置される。本明細書において、p−n接合の方向とは、ドープ領域のレイアウトに従うp型領域からn型領域への幾何学的方向である。
1つ又は複数の実施形態において、光コンポーネント(103)は、アームA及びアームBと称する2つのセクションを含む。例えば、一方のセクションは、p−n接合A(104)及びp−n接合C(106)と重なり、他のセクションは、p−n接合B(105)及びp−n接合D(107)と重なる。これにより、p−n接合A(104)及びp−n接合C(106)を、A型p−n接合(APNJ)と称し、p−n接合B(105)及びp−n接合D(107)を、B型p−n接合(BPNJ)と称する。言い換えると、APNJは、アームAが重なったp−n接合であり、BPNJは、アームBが重なったp−n接合である。具体的には、p−n接合A(104)及びp−n接合C(106)は、p−n接合の第1グループ(すなわち、A型)を形成し、p−n接合B(105)及びp−n接合D(107)は、p−n接合の第2グループ(すなわち、B型)を形成する。
位置ずれに起因する重なり領域の大きさの不均衡による影響を低減するための、p−n接合A(104)、p−n接合B(105)、p−n接合C(106)、及びp−n接合D(107)の様々な方向について、特に、断面A(120)及び断面B(121)に沿って、以下の図2.1〜図2.3を参照して説明する。
図1.2は、本発明の1つ又は複数の実施形態に係る光変調器回路(200)の製造パターン図である。本発明の1つ又は複数の実施形態において、図1.2に示す1つ又は複数の要素を省略、重複、及び/又は置換してもよい。従って、本発明の実施形態が図1.2に示すモジュールの特定の配置に制限されると考えるべきではない。
図1.2に示すように、光変調器回路(200)は、光電子集積回路(100)に凡例(210)が示すコンポーネントを追加した上位の集積回路である。明確に示してはいないが、1つ又は複数の実施形態において、無線周波数(RF)終端器がバイアス電圧とは反対側の電極に接続されている。具体的には、BBJCの(例えば、BBJC A(101)、BBJC B(102)等))全てのp−n接合への共通接続部(213)が、p−n接合の空乏領域を設定するためのバイアス電圧を受けるようになっている。各BBJC(例えば、BBJC A(101)、BBJC B(102)等))の両端部は、変調電圧を受けるようになっている電極A及び電極Bにそれぞれ接続されている。詳細には、シリコン導波路のアームA(211)と重なるp−n接合が、APNJである。同様に、シリコン導波路のアームB(212)と重なるp−n接合が、BPNJである。アームA(211)及びアームB(212)が、上記図1.1に示す光コンポーネント(103)の2つのセクションに対応する。図1.2では、APNJ及びBPNJから電極A及び電極Bへの具体的な接続について明示していない。APNJ及びBPNJの様々な電極接続構成は、以下の図2.1〜図11を参照して説明する。変調電圧は、APNJ及びBPNJの空乏領域幅を変調する入力データ(すなわち、データIN)に対応する。変調されたp−n接合の自由キャリア密度が、p−n接合の屈折率の変調に変換され、シリコン導波路のアームA(211)及びアームB(212)に沿ってLIからLOに伝播する光信号の位相変調となる。干渉計の構成においてアームA(211)及びアームB(212)を統合することによって、光信号出力(すなわち、LO)が、入力データ(すなわち、データIN)からの情報でエンコードされる。
上記のように、APNJ及びBPNJのp−n接合は、光電子集積回路(100)における、位置ずれに起因する重なり領域の大きさの不均衡と、p−n接合(すなわち、APNJ及びBPNJ)の第1グループ(すなわち、A型)と第2グループ(すなわち、B型)間の変調効率の不均衡との影響を低減するように、それぞれの方向に配置される。光変調器回路(200)の平衡のとれた動作のため、第1グループのp−n接合(すなわち、APNJ)を合わせたp型の重なり領域は、位置ずれ(302)に左右されずに、第2グループのp−n接合(すなわち、BPNJ)を合わせたp型の重なり領域と実質的に同じ大きさを有する。また、第1グループのp−n接合(すなわち、APNJ)を合わせたn型の重なり領域は、位置ずれ(302)に左右されずに、第2グループのp−n接合(すなわち、BPNJ)を合わせたn型の重なり領域と実質的に同じ大きさを有する。言い換えると、光変調器回路(200)のレイアウトにおいて、第1グループ及び第2グループのp−n接合(すなわち、APNJ及びBPNJ)のそれぞれの方向は、電極A及び電極Bからの変調電圧を使用して光信号を変調することによって生じる、位置ずれに起因する不均衡を低減するように設計されている。
1つ又は複数の実施形態において、光変調器回路(200)は、光通信用途における光変調に使用されるマッハツェンダ(MZ)変調器として、シリコン中に製造される。シリコン導波路における変調は、光信号変調に適した電気光学特性を有するニオブ酸リチウムやその他の材料とは異なり、屈折率が空乏領域の自由キャリア密度に依存することによって実現される。従って、光導波路内にp−n接合を構成することによって、及び、時間変化する逆電圧を印加することによって、p−n接合の空乏領域(詳細には、自由キャリア密度)が変調され、屈折率を変調することができる。1つ又は複数の実施形態において、時間変化する逆電圧の直流(DC)部分はバイアス電圧によって供給され、時間変化する逆電圧の交流(AC)部分は変調電圧によって供給される。
MZ変調器では、自由キャリアの存在により、電子及び正孔の両方の屈折率が低下する。p−n接合がシリコン導波路内に位置し、このp−n接合の空乏幅の変調が、導波路を伝播する光モードの重なり部分に影響する。光導波路内のp−n接合の位置が正確であると変調性能が向上する。P型及びn型ドーパントが、先に画定された導波路上に位置合わせされたリソグラフィマスクによって画定する適切な場所に注入される。例えば、ウェーハ全体の複数の光電子集積回路上で行われる位置合わせは約50nm(ナノメートル)の精度を有する場合があり、導波路の幅は、約400〜500nmであることがある。導波路の幅と比較して位置合わせ誤差は無視できない場合があり、これにより、変調効率の大きなばらつきをウェーハ全体にわたって発生させる場合がある。
一例として、対応する電極をもつMZ変調器の各アーム(例えば、アームA(211)、アームB(212))の長さは、設計された位相変調振幅を生成するために数mm(ミリメートル)である場合がある。高周波(すなわち、数10GHz(ギガヘルツ))で動作する場合、MZ変調器のアームは、RF伝送ラインとして機能する無線周波数(RF)進行波電極を使用して実装される。進行波RF電極は、(複数又は単一の)変調電圧を伝達するp−n接合に接続された細長い電極である。この接続によって、p−n接合の容量が、細長い電極の容量に追加され、これを容量装荷と称する。容量装荷によって、入力ドライバ回路に対する特性インピーダンスが一致する。加えて、容量装荷によって、光導波路を伝播する光波に対する群速度が一致する。
図1.2に示すように、MZ変調器のp−n接合は、入力ドライバ回路から変調電圧を受けるRF進行波電極に周期的に(又は特定の位置で)接続するセグメントに分割できる。言い換えると、RF進行波電極は、入力データ(すなわち、データIN)をMZ変調器のアームの長さに沿って各p−n接合セグメント(すなわち、1つ又は複数のBBJC)にRF進行波として伝播する。詳細には、RF進行波は、アームの長さに沿って、光信号の両方のアーム中の位相変化が反対方向であるプッシュプル動作で伝播される。プッシュプル動作によって、MZ変調器の光信号出力(すなわち、LO)における周波数チャープが低減される。1つ又は複数の実施形態において、BBJCによって接続された両方のアームに対して入力データ(すなわち、データIN)を駆動するために、有利には、1つの入力ドライバ回路が使用される。詳細には、MZ変調器の2つのアームのp−n接合は、SPP構成において背中合わせに接続されている(すなわち、2つのダイオードのp(又はn)側同士が電気的に接続されている)。この回路構成は、直列プッシュプル(series−push−pull:SPP)構成である。
図2.1〜図2.3は、本発明の1つ又は複数の実施形態に係る上面図及び側面図を示す。側面図において、半導体材料層(すなわち、導波路及びドーピング領域)を2次元断面で示し、導電層(すなわち、金属ブリッジ及び電極)を線分で概略的に示している。詳細には、線分は、電気接続を示し、物理的なレイアウトを示しているわけではない。上面図及び側面図は、上記図1.1及び図1.2に示した光電子集積回路(100)及び光変調器回路の製造パターンに対応する。詳細には、側面図が、位置ずれに起因する重なり領域の大きさの不均衡による影響を低減するための、ドーピング型配列、電気接続配列、及びp−n接合方向の様々な組み合わせを示し、特に、上記図1.1に示す断面A(120)及び断面B(121)に沿って示している。
図2.1は、凡例(300)による、BBJC X(324)の側面図(350)及び上面図(360)である。本発明の1つ又は複数の実施形態において、BBJC X(324)は、同じドーピング型配列を有する(上記図1.1及び図1.2に示した)BBJC A(101)及びBBJC B(102)の両方に対応する。従って、側面図(350)は、上記図1.1に示す断面A(120)及び断面B(121)の両方に対応する。
図2.1に示すように、BBJC X(324)は、ドーピング型配列n−p−n−pを有し、APNJ(334)及びBPNJ(335)を形成する。詳細には、APNJ(334)及びBPNJ(335)は、p−n接合記号の矢印で示す同じp−n接合方向を有する。APNJ(334)及びBPNJ(335)は、金属ブリッジ(226)を介して電気的に接続され、pnnpコンポーネント(364)を構成している。言い換えると、金属ブリッジ(226)を使用して、pnnp電気接続配列を形成している。図1.1及び図1.2に対応して、BBJC A(101)及びBBJC B(102)は、同じpnnp電気接続配列を有し、同じn−p−n−pドーピング型配列を有する。また、p−n接合A(104)、p−n接合B(105)、p−n接合C(106)、及びp−n接合D(107)は、全て同じ方向に配置されている。
図2.1に更に示すように、電極A(303)、電極B(304)、導波路A(311)、導波路B(312)、分割線(301)、及び位置ずれ(302)が、それぞれ、上記図1.1に示した、電極A、電極B、アームA(211)、アームB(212)、分割線(301)、及び位置ずれ(302)に対応している。また、n型重なり領域(353)及びp型重なり領域(354)が、上記図1.1に示すような、p−n接合A(104)によって仕切られた、大きさが異なる反対の型の2つの重なり領域に対応する。同様に、n型重なり領域(355)及びp型重なり領域(356)が、上記図1.1に示すような、p−n接合B(105)によって仕切られた、大きさが異なる反対の型の2つの重なり領域に対応する。重なり領域の大きさが異なっても、光モードは、導波路A(311)及び導波路B(312)の両方において、n型材料より大きな部分のp型材料と相互作用するだけである。重なり領域の大きさが異なることに左右されずに、光モードは、やはり、導波路A(311)及び導波路B(312)の両方で、実質的に同じ量(例えば、10%以内、又は他の所定の量以内)のp型材料と相互作用し、又、導波路A(311)及び導波路B(312)の両方で、実質的に同じ量(例えば、10%以内、又は他の所定の量以内)のn型材料と相互作用する。従って、APNJ及びBPNJ(すなわち、p−n接合A(104)、p−n接合B(105)、p−n接合C(106)、p−n接合D(107))が同じ方向であることにより、光アームA及び光アームBに発生する変調強度の不均衡が低減される。
上面図(360)は、各セグメント(例えば、BBJC X(324)、BBJC Y(325)等)が、MZ変調器の両アームに関し、重なった導波路の同じ側に各pドープ領域を有し、重なった導波路のもう一方の同じ側に各nドープ領域を有するpnnpコンポーネントを含むSPP構成を示す。BBJC X(324)は、上面図(360)中、凡例(300)に従って強調表示されている。BBJC Y(325)及びBBJC X(324)は、上面図(360)において(隣接する境界に対して)互いに左右対称であり、それぞれ、同じ断面図(350)をもつ。上記のように、ドープ領域の位置ずれの影響は、MZ変調器の両アームで、実質的に同じである(例えば、10%以内、又は他の所定の量以内)。凡例(300)によると、BBJC X(324)の製造には、2つのレベルの金属が使用されている。具体的には、第1レベルの金属は、(適切な一式のビアを使用して)ドープ領域を電気的に接続するために使用され、第2レベルの金属は、電極A(303)及び電極B(304)を形成するために使用される。金属ブリッジは、別の一式の適切なビアを使用して、1つ又は複数の金属層に形成されてもよい。
上記図1.1に適用される、図2.1の説明は、BBJC A(101)及びBBJC B(102)両方に関し、1つのドーピング配列n−p−n−pに基づいているが、光電子集積回路(100)は、同じドーピング型配列p−n−p−nを有するBBJC A(101)及びBBJC B(102)に基づいてもよい。更に、位置ずれ(302)は、p型及びn型領域の両方について、同じ量の位置ずれを表すが、p型領域及びn型領域とで位置ずれの量が異なってもよい。
図2.2は、凡例(310)による、BBJC Y(321)及びBBJC Z(322)の側面図を示す。本発明の1つ又は複数の実施形態において、BBJC Y(321)及びBBJC Z(322)は、上記図1.1及び図1.2に示す、BBJC A(101)及びBBJC B(102)にそれぞれ対応する。従って、BBJC Y(321)及びBBJC Z(322)は、上記図1.1に示す断面A(120)及び断面B(121)にそれぞれ対応する。詳細には、BBJC Y(321)及びBBJC Z(322)、従ってBBJC A(101)及びBBJC B(102)は、異なる反対のドーピング型配列p−n−n−p及びn−p−p−nを有する。従って、APNJ Y(330)及びBPNJ Z(333)は同じ方向に配置され、APNJ Z(332)及びBPNJ Y(331)は、互いに同じ方向であって、APNJ Y(330)及びBPNJ Z(333)の方向とは反対方向に配置される。
図2.2に示すように、APNJ Y(330)及びBPNJ Y(331)は、p−n接合記号の矢印で示す、反対のp−n接合方向を有する。APNJ Y(330)及びBPNJ Y(331)は、連続するn型ドープ領域を介して電気的に接続され、pnnpコンポーネント(361)を構成している。言い換えると、連続するn型ドープ領域を使用して、pnnp電気接続配列が形成されている。更に、APNJ Z(332)及びBPNJ Z(333)もまた、p−n接合記号の矢印で示す、反対のp−n接合方向を有している。APNJ Z(332)及びBPNJ Z(333)は、金属ブリッジ(227)を介して電気的に接続され、pnnpコンポーネント(362)を構成している。言い換えると、金属ブリッジ(227)を使用して、pnnp電気接続配列が形成されている。図1.1及び図1.2に対応して、BBJC A(101)及びBBJC B(102)は、同じpnnp電気接続配列を有するが、異なる反対のドーピング型配列p−n−n−p及びn−p−p−nをそれぞれ有する。また、p−n接合A(104)及びp−n接合D(107)は同じ方向に配置され、p−n接合B(105)及びp−n接合C(106)は、互いに同じ方向であって、p−n接合A(104)及びp−n接合D(107)の方向とは反対方向に配置される。
図2.2に更に示すように、電極A(303)、電極B(304)、導波路A(311)、導波路B(312)、分割線(301)、及び位置ずれ(302)は、上記図1.2に示す、電極A、電極B、アームA(211)、アームB(212)、分割線(301)、及び位置ずれ(302)にそれぞれ対応する。更に、n型重なり領域(342)及びp型重なり領域(341)は、上記図1.1に示すような、p−n接合A(104)によって仕切られた、大きさが異なる反対の型の2つの重なり領域に対応する。同様に、n型重なり領域(343)及びp型重なり領域(344)は、上記図1.1に示すような、p−n接合B(105)によって仕切られた、大きさが異なる反対の型の2つの重なり領域に対応する。また、n型重なり領域(345)及びp型重なり領域(346)は、上記図1.1に示すような、p−n接合C(106)によって仕切られた、大きさが異なる反対の型の2つの重なり領域に対応する。同様に、n型重なり領域(348)及びp型重なり領域(347)は、上記図1.1に示すような、p−n接合D(107)で仕切られた、大きさが異なる反対の型の2つの重なり領域に対応する。
導波路A(311)において、光モードは、p型領域(341)とp型領域(346)の組合せと相互作用する。導波路B(312)において、光モードは、p型領域(344)とp型領域(347)の組合せと相互作用する。p型重なり領域(341)とp型重なり領域(346)の組合せは、位置ずれ(302)に左右されずに、p型重なり領域(344)とp型重なり領域(347)の組合わせと実質的に同じ大きさ(例えば、10%以内又は他の所定の量以内)である。言い換えると、光モードは、導波路A(311)及び導波路B(312)の両方で、同じ量の(例えば、10%以内又は他の所定の量以内)p型材料と相互作用する。
導波路A(311)において、光モードは、n型領域(342)及びn型領域(345)の組合せと相互作用する。導波路B(312)において、光モードは、n型領域(343)及びn型領域(348)の組合せと相互作用する。n型重なり領域(342)とn型重なり領域(345)の組合せは、位置ずれ(302)に左右されずに、n型重なり領域(343)とn型重なり領域(348)の組合せと実質的に同じ大きさ(例えば、10%以内又は他の所定の量以内)である。言い換えると、光モードは、導波路A(311)及び導波路B(312)の両方で、同じ量(例えば、10%以内又は他の所定の量以内)のn型材料と相互作用する。
従って、APNJ及びBPNJのドーピング型配列、電気接続配列、及びp−n接合方向の組合せによって、光アームA及び光アームBに発生する変調強度の不均衡が低減される。
図2.2の説明は、BBJC Y(321)及びBBJC Z(322)のドーピング配列がそれぞれp−n−n−p及びn−p−p−nであることに基づいているが、光電子集積回路の平衡動作は、ドーピング型配列n−p−p−n及びドーピング型配列p−n−n−pをそれぞれ有するBBJC Y(321)及びBBJC Z(322)に基づいてもよい。更に、位置ずれ(302)は、p型及びn型領域の両方について同じ量の位置ずれを表しているが、p型領域及びn型領域とで位置ずれの量が異なってもよい。
図2.3は、凡例(310)による、BBJC Y(321)及びBBJC W(323)の側面図である。本発明の1つ又は複数の実施形態において、BBJC Y(321)及びBBJC W(323)は、上記図1.1及び図1.2に示すBBJC A(101)及びBBJC B(102)にそれぞれ対応する。従って、BBJC Y(321)及びBBJC W(323)は、上記図1.1に示す、断面A(120)及び断面B(121)にそれぞれ対応する。詳細には、BBJC Y(321)及びBBJC W(323)、従ってBBJC A(101)及びBBJC B(102)が、異なる反対のドーピング型配列p−n−n−p及びn−p−p−nを有する。従って、APNJ Y(330)及びBPNJ W(337)は同じ方向に配置され、APNJ W(336)及びBPNJ Y(331)は、互いに同じ方向であって、APNJ Y(330)及びBPNJ W(337)とは反対の方向に配置されている。
図2.3に示すように、APNJ Y(330)及びBPNJ Y(331)は、p−n接合記号の矢印が示す、反対のp−n接合方向を有する。APNJ Y(330)及びBPNJ Y(331)は、連続するn型ドープ領域を介して電気接続され、pnnpコンポーネント(361)を構成している。言い換えると、連続するn型ドープ領域を使用して、pnnp電気接続配列を形成している。更に、APNJ W(336)及びBPNJ W(337)もまた、p−n接合記号の矢印が示す、反対のp−n接合方向を有する。APNJ W(336)及びBPNJ W(337)は、連続するp型ドープ領域を介して電気的に接続され、nppnコンポーネント(363)を構成している。言い換えると、連続するp型ドープ領域を使用して、nppn電気接続配列を形成している。金属ブリッジ(228)は、nppnコンポーネント(363)のn型ドープ領域のそれぞれを、電極A(303)及び電極B(304)に接続する。図1.1及び図1.2に対応して、BBJC A(101)及びBBJC B(102)は、異なる反対の電気接続配列を有し、異なる反対のドーピング型配列を有する。また、p−n接合A(104)及びp−n接合D(107)は同じ方向に配置され、p−n接合B(105)及びp−n接合C(106)は互いに同じ方向であって、p−n接合A(104)及びp−n接合D(107)の方向とは反対の方向に配置される。
図2.3に更に示すように、電極A(303)、電極B(304)、導波路A(311)、導波路B(312)、分割線(301)、及び位置ずれ(302)は、上記図1.2に示す電極A、電極B、アームA(211)、アームB(212)、分割線(301)、及び位置ずれ(302)にそれぞれ対応している。更に、n型重なり領域(342)及びp型重なり領域(341)は、上記図1.1に示すような、p−n接合A(104)で仕切られた、大きさが異なる反対の型の2つの重なり領域に対応する。同様に、n型重なり領域(343)及びp型重なり領域(344)は、上記図1.1に示すような、p−n接合B(105)で仕切られた、大きさが異なる反対の型の2つの重なり領域に対応する。また、n型重なり領域(349)及びp型重なり領域(350)は、上記図1.1に示すような、p−n接合C(106)で仕切られた、大きさが異なる反対の型の2つの重なり領域に対応する。同様に、n型重なり領域(352)及びp型重なり領域(351)は、上記図1.1に示すような、p−n接合D(107)で仕切られた、大きさが異なる反対の型の2つの重なり領域に対応する。
導波路A(311)において、光モードは、p型重なり領域(341)及びp型重なり領域(350)の組合せと相互作用する。導波路B(312)において、光モードは、p型重なり領域(344)及びp型重なり領域(351)の組合せと相互作用する。p型重なり領域(341)及びp型重なり領域(350)の組合せは、位置ずれ(302)に左右されずに、p型重なり領域(344)及びp型重なり領域(351)の組合せと実質的に同じ大きさ(例えば、10%以内又は他の所定の量以内)である。言い換えると、光モードは、導波路A(311)及び導波路B(312)の両方で、同じ量(例えば、10%以内又は他の所定の量以内)のp型材料と相互作用する。
導波路A(311)において、光モードは、n型重なり領域(342)及びn型重なり領域(349)の組合せと相互作用する。導波路B(312)において、光モードは、n型重なり領域(343)及びn型重なり領域(352)の組合せと相互作用する。n型重なり領域(342)及びn型重なり領域(349)の組合せは、位置ずれ(302)に左右されずに、n型重なり領域(343)及びn型重なり領域(352)の組合せと実質的に同じ大きさ(例えば、10%以内又は他の所定の量以内)である。言い換えると、光モードは、導波路A(311)及び導波路B(312)の両方で、同じ量(例えば、10%以内又は他の所定の量以内)のn型材料と相互作用する。
従って、APNJ及びBPNJのドーピング型配列、電気接続配列、及びp−n接合方向の組合せによって、光アームA及び光アームBに発生する変調強度の不均衡が低減される。
図2.3の説明は、BBJC Y(321)及びBBJC W(323)のそれぞれのドーピング配列が、それぞれp−n−n−p及びn−p−p−nであることに基づいているが、光電子集積回路の平衡動作は、ドーピング型配列n−p−p−n及びp−n−n−pをそれぞれ有するBBJC Y(321)及びBBJC W(323)に基づいてもよい。更に、位置ずれ(302)は、p型及びn型領域の両方について同じ量の位置ずれを表しているが、p型領域及びn型領域とで位置ずれの量が異なってもよい。
図3は、1つ又は複数の実施形態に係る方法のフローチャートを示す。1つ又は複数の実施形態において、本方法は、上記図1.1及び図1.2に示す光電子集積回路及び/又は光変調器回路を製造するために使用できる。図3に示す1つ又は複数のステップは、本発明の様々な実施形態において、省略、重複してもよく、及び/又は異なる順序で行われてもよい。従って、本発明の実施形態が図3に示すステップの特定の番号及び位置に限定されると考えるべきではない。
まず、ステップ311において、第1のBBJC及び第2のBBJCを、BBJC製造パターンに従って形成する。詳細には、1つ又は複数のリソグラフィマスクを使用して、同じドーピング型配列の第1のBBJC及び第2のBBJCを形成する。更に、1つ又は複数のリソグラフィマスクによって、第1のBBJCの第1のAPNJ及び第1のBPNJ、並びに第2のBBJCの第2のAPNJ及び第2のBPNJを同じ方向に沿って配置する。従って、第1のBBJC及び第2のBBJCは、同じ電気接続配列(すなわち、pnnp配列又はnppn配列)を有する。
ステップ312において、第1のBBJC及び第2のBBJCを複製する。1つ又は複数の実施形態において、複製されたBBJCは、1つ又は複数の直線状のセクションに沿って配置される。
ステップ313において、第3のBBJC及び第4のBBJCをBBJC製造パターンに従って形成する。詳細には、1つ又は複数のリソグラフィマスクを使用して、異なる(例えば、反対の)ドーピング型配列に従って第3のBBJC及び第4のBBJCを形成する。更に、1つ又は複数のリソグラフィマスクによって、第3のBBJCと第4のBBJCとが同じ電気接続配列を有するように金属層接続部を配置する。また、1つ又は複数のリソグラフィマスクによって、(i)第1のAPNJ及び第2のBPNJを第1の方向に沿って配置し、(ii)第1のBPNJ及び第2のAPNJを第1の方向とは反対の第2の方向に沿って配置する。
ステップ314において、第3のBBJC及び第4のBBJCを複製する。1つ又は複数の実施形態において、複製されたBBJCは、1つ又は複数の直線状セクションに沿って配置される。詳細には、複製された第3のBBJCのそれぞれは、第1の方向に沿ってAPNJを有し、複製された第4のBBJCのそれぞれは、第2の方向に沿ってAPNJを有する。1つ又は複数の実施形態において、複製された第3のBBJC及び複製された第4のBBJCは、所定の方向交互配列に基づき、1つ又は複数の直線状のセクションに配置される。
ステップ315において、第5のBBJC及び第6のBBJCを、BBJC製造パターンに従って形成する。詳細には、1つ又は複数のリソグラフィマスクを使用して、第5のBBJC及び第6のBBJCを、異なる(例えば、反対の)ドーピング型配列に従って形成する。更に、1つ又は複数のリソグラフィマスクによって、第5のBBJC及び第6のBBJCが異なる(例えば、反対の)電気接続配列を有するように、金属層接続部を配置する。また、1つ又は複数のリソグラフィマスクによって、(i)第1のAPNJ及び第2のBPNJを第1の方向に沿って配置し、(ii)第1のBPNJ及び第2のAPNJを第1の方向とは反対の第2の方向に沿って配置する。
ステップ316において、第5のBBJC及び第6のBBJCを複製する。1つ又は複数の実施形態において、複製されたBBJCは、1つ又は複数の直線状のセクションに沿って配置される。詳細には、複製された第5のBBJCのそれぞれは、第1の方向に沿ってAPNJを有し、複製された第6のBBJCのそれぞれは、第2の方向に沿ってAPNJを有する。1つ又は複数の実施形態において、複製された第5のBBJC及び複製された第6のBBJCは、所定の方向交互配列に基づき、1つ又は複数の直線状のセクションに配置される。
ステップ317において、光コンポーネントを、BBJC製造パターンに重畳される光コンポーネント製造パターンに従って形成する。光コンポーネント製造パターン及びBBJC製造パターンは、製造中に任意の順序で形成してよい。詳細には、1つ又は複数のリソグラフィマスクを使用して、(i)第1のp型重なり領域及び第1のn型重なり領域を画定する前述のAPNJに重なり、(ii)第2のp型重なり領域及び第2のn型重なり領域を画定する前述のBPNJに重なる、光コンポーネントを形成する。1つ又は複数の実施形態において、第1のp型重なり領域及び第2のp型領域は、光コンポーネント製造パターンに対するBBJC製造パターンの製造位置ずれ量に左右されずに、実質的に同じ大きさ(例えば、10%以内又は他の所定量以内)である。1つ又は複数の実施形態において、第1のn型重なり領域及び第2のn型領域は、光コンポーネント製造パターンに対するBBJC製造パターンの製造位置ずれ量に左右されずに、実質的に同じ大きさ(例えば、10%以内又は他の所定量以内)である。従って、APNJ及びBPNJのそれぞれの方向によって、製造位置ずれに起因する光コンポーネントのAPNJ及びBPNJとの相互作用の不均衡が低減される。
上述のように、ステップ311〜ステップ316の1つ又は複数のステップを省略してもよい。言い換えると、1つ又は複数のリソグラフィマスクを使用して図2.1〜図2.3に示すBBJCとは異なる組合せを形成してもよい。1つ又は複数の実施形態において、ステップ311〜ステップ316は、同じ1つ又は複数のリソグラフィマスクを使用して同時に行ってもよい。
図4〜図11は、本発明の1つ又は複数の実施形態に係る実施例を示す。図4〜図11に示す実施例は、上記の図1.1〜図1.2、図2.1〜図2.3、及び図3を参照して考察した製造パターン図及び方法フローチャートに基づく、マッハツェンダ(MZ)変調器等の光変調器を実装するものである。詳細には、凡例(400)による、図4〜図11に示すコンポーネントは、上記の図1.1〜図1.2及び図2.1〜図2.3に示す同様の名前のコンポーネントの例である。図4〜図11では明確に示してはいないが、RF終端器が伝送ライン(電極A及び電極B)の端部に接続されている。1つ又は複数の実施形態において、図4〜図11に示す1つ又は複数のモジュール及び要素は、省略、重複、及び/又は置換してもよい。従って、本発明の実施形態が図4〜図11に示すモジュールの特定の配置に限定されると考えるべきではない。
図4は、上記図2.1に示すBBJC X(324)及びpnnpコンポーネント(364)に基づくMZ変調器の製造パターンを示す。詳細には、MZ変調器のAPNJ及びBPNJが2つの導波路アーム内において同じ方向に沿って物理的に配向されている。例えば、BBJC X(324)のp−n接合は、n−p−n−pドーピング型配列で物理的にレイアウトされ、pnnpコンポーネントとして電気的に接続されている。APNJとBPNJとの間の接続、及びp−n接合とRF進行波電極との接続は、チップ上の金属層及び接続ビアを使用して実現することができる。両方の導波路アームについて、n型重なり領域のそれぞれが、製造マスクの位置ずれによって、実質的に同じ量(例えば、10%以内又は他の所定の量以内)だけずれるため、両方のアームは、全てのBBJCについてグループとして実質的に同じ大きさの(例えば、10%以内又は他の所定の量以内)n型重なり領域を有する。同様に、両方の導波路アームについて、p型重なり領域のそれぞれが、位置ずれによって、実質的に同じ量(例えば、10%以内又は他の所定の量以内)だけずれるため、両方のアームは、全てのBBJCについてグループとして実質的に同じ大きさの(例えば、10%以内又は他の所定の量以内)p型重なり領域を有する。
図5は、図4と同様のMZ変調器の製造パターンを示すが、各BBJCのp−n接合が物理的にはp−n−p−nドーピング型配列でレイアウトされ、電気的にはnppnコンポーネントとして接続されているところが図4と異なる。
図6は、上記図2.2に示すBBJC Y(321)、BBJC Z(322)、pnnpコンポーネント(361)、及びpnnpコンポーネント(362)に基づくMZ変調器の製造パターンを示す。詳細には、各セグメントのp−n接合の方向が各変調アームの長さに沿って変化する。例えば、BBJC Y(321)のp−n接合は、p−n−n−pドーピング型配列で物理的にレイアウトされ、pnnpコンポーネントとして電気的に接続されている。これにより、BBJC Y(321)を非反転セグメントと称する。一方、BBJC Z(322)のp−n接合は、n−p−p−nドーピング型配列で物理的にレイアウトされ、pnnpコンポーネントとして電気的に接続されている。これにより、BBJC Z(322)を反転セグメントと称する。従って、光信号は、一方向に配向された各p−n接合(例えば、非反転セグメントのBBJC Y(321))をアームの半分の長さ分伝播し、反対方向に配向された各p−n接合(例えば、反転セグメントのBBJC Z(322))を残る半分の長さ分伝播する。方向が反対であることによって、非反転セグメントにおいて発生する位置ずれの影響が、対応する反転セグメントにおいて発生する反対の影響によって相殺される。
図6に示すように、各上側ダイオードのp型領域(上側アームが重なるダイオード)は、非反転セグメント及び反転セグメント共に電極Aに接続されており、各下側ダイオードのp型領域(下側アームが重なるダイオード)は、非反転セグメント及び反転セグメント共に電極Bに接続されている。MZ変調器は、各上側ダイオードのn型領域が、非反転セグメント及び反転セグメント共に電極Aに接続され、下側ダイオードのn型領域が、非反転セグメント及び反転セグメント共に電極Bに接続されるnppnのBBJCを使用して実装してもよい。
図7は、上記図2.3に示すBBJC Y(321)、BBJC W(323)、pnnpコンポーネント(361)、及びnppnコンポーネント(363)に基づくMZ変調器の製造パターンを示す。詳細には、各セグメントのp−n接合の方向が各変調アームの長さに沿って変化する。例えば、BBJC Y(321)のp−n接合は、p−n−n−pドーピング型配列で物理的にレイアウトされ、pnnpコンポーネントとして電気的に接続されている。これにより、BBJC Y(321)を非反転セグメントと称する。一方、BBJC W(323)のp−n接合は、n−p−p−nドーピング型配列で物理的にレイアウトされ、nppnコンポーネントとして電気的に接続されている。これにより、BBJC W(323)を反転セグメントと称する。従って、光信号は、一方向に配向された各p−n接合(例えば、非反転セグメントのBBJC Y(321))をアームの半分の長さ分伝播し、反対方向に配向された各p−n接合(例えば、反転セグメントのBBJC W(323))を残る半分の長さ分伝播する。方向が反対であることによって、非反転セグメントにおいて発生する位置ずれの影響が、対応する反転セグメントにおいて発生する反対の影響によって相殺される。
図7に示すように、非反転セグメントの場合、各上側ダイオードのp型領域(上側アームが重なるダイオード)は、電極Aに接続されており、各下側ダイオードのp型領域(下側アームが重なるダイオード)は、電極Bに接続されている。一方、反転セグメントの場合、各上側ダイオードのn型領域(上側アームが重なるダイオード)は、電極Bに接続されており、各下側ダイオードのn型領域(下側アームが重なるダイオード)は、電極Aに接続されている。これを、ハイブリッドpnnp/nppnSPP構成と称する。このMZ変調器は、反対の構造(すなわち、ハイブリッドnppn/pnnpSPP構成)を使用して実装してもよい。ハイブリッドpnnp/nppnSPP構成においては、BBJC Y(321)は、p−n−n−pドーピング型配列で物理的にレイアウトされ、pnnpコンポーネントとして電気的に接続される。一方、BBJC W(323)は、n−p−p−nドーピング型配列で物理的にレイアウトされ、nppnコンポーネントとして電気的に接続される。
ハイブリッドpnnp/nppnSPP構成、又はハイブリッドnppn/pnnpSPP構成では、2つのバイアス電圧(すなわち、バイアス電圧A及びバイアス電圧B)を使用して、空乏モード(逆バイアス動作)で動作するようにp−n接合に極性を与える。独立したバイアス電圧は、パラメータを追加し、変調器の性能(例えば、周波数応答、位相変調不均衡等)を最適化するのに有利である場合がある。
ハイブリッドpnnp/nppnSPP構成、又はハイブリッドnppn/pnnpSPP構成によって、共通のドープ領域を使用してダイオードを直列に接続することができる(例えば、pnnpセグメントのn型領域、及びnppnセグメントのp型領域)。適切なドープ領域及び進行波RF電極への必要な接続を行うために、金属層及び接続ビアを使用してもよい。p−n接合に極性を与えるために、適切な金属層及び接続ビアを使用してバイアス電圧をかけてもよい。
ハイブリッドpnnp/nppnSPP構成、又はハイブリッドnppn/pnnpSPP構成により、0VのDC成分及びグラウンド電圧に対して対称的なバイアス電圧±Vbをもつ差分変調信号を使用した、グラウンド電圧に対して対称的な動作がもたらされる。
上記図6及び図7に示すMZ変調器は、導波路アームの長さに沿ってp−n接合の半分を反転させることによって、2つのMZ変調器のアームにおいて、等しい位相変調効率を実現する。反転及び非反転p−n接合は、導波路アーム長に沿って任意の順序(方向交互配列と称する)で配置してよい。図8は、上記図6及び図7に示す光変調器回路の変形例の製造パターンを示す。図8に示すように、非反転セグメント及び反転セグメントは、導波路の長さに沿って、上記図6及び図7と異なる方向交互配列にレイアウトしてよい。また、不均衡な動作を実現するために、非反転セグメント及び反転セグメントの数を異ならせてもよい。その割合は、MZ変調器の2つのアームの変調効率の不均衡が所望の量になるように、任意の数に設定してよい。更に図9に示すように、バイアス電圧は、物理的なレイアウトを考慮して、BBJCセグメントに任意の方向からかけてよい。具体的には、図9は、pnnp/nppnハイブリッドSPPをもつ光変調器回路のバイアス電圧経路の変形例の一例を示す。
図10は、2つのセクションの光変調器回路の一例の製造パターンを示し、各セクションは、凡例(400)による複数のセグメントを有する。詳細には、セクション1がpnnpBBJCを含み、ドライバ極性は、上側電極がドライバ1の+S端子に接続され、下側電極が、ドライバ1の−S端子に接続されるように構成されている。セクション2においては、nppnBBJCでは、(マスク位置ずれの影響を相殺するために)p−n接合の方向が反転されている。セクション1において光信号に与えられた位相変調を相殺しないように、ドライバ2のドライバ極性は反転されている。言い換えると、セクション2の上側電極は、ドライバ2の−S端子に接続され、下側電極は、ドライバ2の+S端子に接続されている。
上記の構成において、p−n接合の位置ずれによる不均衡を相殺するように、ドライバ極性が調整されている。具体的には、マスク位置ずれにより生ずる不均衡を相殺するようにセクション1の上側導波路が、そのままセクション2の上側導波路になる。図11は、ドライバ2がドライバ1の反対側に配置された、図10の変形例の製造パターンを示す。この変形例では、セクション1の上側導波路がセクション2の下側導波路となる。マスク位置ずれによって生ずる不均衡を相殺するために、p−n接合方向は導波路の両方において同じ方向に維持される。言い換えると、セクション1及びセクション2の両方が、pnnpSPP構成を使用する。しかし、セクション1で光信号に与えられた位相変調を相殺しないようにするために、ドライバ2のドライバ極性が反転されている。言い換えると、上側電極が、ドライバ2の−S端子に接続され、下側電極がドライバ2の+S端子に接続されている。
上記図4〜図11の例においてRF進行波電極が説明されているが、本発明は、Nドライバによって駆動されるN−セクションの光変調器回路に等しく適用することができ、各セクションは集中素子(例えば、SPP構成の2つのp−n接合を含む1つのセグメントを含む電極)に基づいてもよい。光導波路上のp−n接合方向、及びSPP集中セグメントのドライバへの接続は、上記の原理を使用して、マスクの位置調整によって生じる変調効率の不均衡を相殺するように構成することができる。
上記の例では、p−n接合の逆バイアス動作を説明したが、本発明は、順方向伝導又は電流注入等で使用される、順バイアス動作におけるp−n接合にも等しく適用できる。
本発明を限られた数の実施形態に関して説明したが、当業者は、本開示の恩恵によって、本明細書に開示した本発明の範囲から逸脱しない他の実施形態を考案できることを理解するであろう。従って、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によってのみ制限されるべきである。

Claims (20)

  1. 第1の製造パターンに従う第1の背面接合コンポーネント(BBJC)及び第2のBBJCであって、前記第1のBBJCが第1のAグループp−n接合(APNJ)及びこれに直列の第1のBグループp−n接合(BPNJ)を含み、前記第2のBBJCが、第2のAPNJ及びこれに直列の第2のBPNJを含む、第1のBBJC及び第2のBBJCと、
    前記第1の製造パターンに重畳される第2の製造パターンに従う光コンポーネントであって、前記第1のAPNJ及び前記第2のAPNJに重なって、第1のp型重なり領域及び第1のn型重なり領域を画定し、前記第1のBPNJ及び前記第2のBPNJに重なって、第2のp型重なり領域及び第2のn型重なり領域を画定する光コンポーネントと
    を含む光電子集積回路であって、
    前記第1のAPNJ、前記第1のBPNJ、前記第2のAPNJ、及び前記第2のBPNJが、
    前記第1の製造パターンの前記第2の製造パターンに対する製造位置ずれ量に左右されずに、前記第1のp型重なり領域と前記第2のp型領域とが実質的に同じ大きさとなり、
    前記第1の製造パターンの前記第2の製造パターンに対する前記製造位置ずれ量に左右されずに、前記第1のn型重なり領域と前記第2のn型領域とが実質的に同じ大きさとなるように、
    それぞれの方向に沿って配置されている光電子集積回路。
  2. 前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが異なるドーピング型配列を有し、
    前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが同じ電気接続配列を有し、
    前記第1のAPNJ及び前記第2のBPNJが第1の方向に沿って配置され、
    前記第1のBPNJ及び前記第2のAPNJが前記第1の方向とは反対の第2の方向に沿って配置されている、
    請求項1に記載の光電子集積回路。
  3. 前記第1のBBJCが、APNJを前記第1の方向に沿ってそれぞれ有する、前記光電子集積回路の第1の複数のBBJCの内の1つであり、
    前記第2のBBJCが、APNJを前記第2の方向に沿ってそれぞれ有する、前記光電子集積回路の第2の複数のBBJCの内の1つであり、
    前記第1の複数のBBJC及び前記第2の複数のBBJCが、所定の方向交互配列に基づいて配置されている、
    請求項2に記載の光電子集積回路。
  4. 前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが異なるドーピング型配列を有し、
    前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが異なる電気接続配列を有し、
    前記第1のAPNJ及び前記第2のBPNJが第1の方向に沿って配置され、
    前記第1のBPNJ及び前記第2のAPNJが前記第1の方向とは反対の第2の方向に沿って配置されている、
    請求項1に記載の光電子集積回路。
  5. 前記第1のBBJCが、APNJを前記第1の方向に沿ってそれぞれ有する、前記光電子集積回路の第1の複数のBBJCの内の1つであり、
    前記第2のBBJCが、APNJを前記第2の方向に沿ってそれぞれ有する、前記光電子集積回路の第2の複数のBBJCの内の1つであり、
    前記第1の複数のBBJC及び前記第2の複数のBBJCが、所定の方向交互配列に基づいて配置されている、
    請求項4に記載の光電子集積回路。
  6. 前記第1のAPNJ及び前記第2のAPNJが、前記光コンポーネントの第1の光路と重なり、
    前記第1のBPNJ及び前記第2のBPNJが、前記光コンポーネントの第2の光路と重なる、
    請求項1に記載の光電子集積回路。
  7. 前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが同じドーピング型配列を有し、
    前記第1のAPNJ、前記第1のBPNJ、前記第2のAPNJ、及び前記第2のBPNJが、同じ方向に沿って配置されている、
    請求項1に記載の光電子集積回路。
  8. 光変調器回路であって、
    前記光変調器回路の変調電圧を伝播するようになっている第1の電極及び第2の電極と、
    前記第1の電極及び前記第2の電極に接続され、前記変調電圧を受ける第1の背面接合コンポーネント(BBJC)及び第2のBBJCであって、前記第1のBBJCが第1のAグループp−n接合(APNJ)及びこれに直列の第1のBグループp−n接合(BPNJ)を含み、前記第2のBBJCが、第2のAPNJ及びこれに直列の第2のBPNJを含む、第1の製造パターンに従う第1のBBJC及び第2のBBJCと、
    前記光変調器回路の光信号を伝播するようになっている第1の光導波路及び第2の光導波路であって、前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路が前記第1の製造パターンに重畳される第2の製造パターンに従い、前記第1の光導波路が、前記第1のAPNJ及び前記第2のAPNJに重なって、第1のp型重なり領域及び第1のn型重なり領域を画定し、前記第2の光導波路が、前記第1のBPNJ及び前記第2のBPNJに重なって、第2のp型重なり領域及び第2のn型重なり領域を画定する第1の光導波路及び第2の光導波路と
    を含み、
    前記第1のAPNJ、前記第1のBPNJ、前記第2のAPNJ、及び前記第2のBPNJが、
    前記第1の製造パターンの前記第2の製造パターンに対する製造位置ずれ量に左右されずに、前記第1のp型重なり領域と前記第2のp型領域とが実質的に同じ大きさとなり、
    前記第1の製造パターンの前記第2の製造パターンに対する前記製造位置ずれ量に左右されずに、前記第1のn型重なり領域と前記第2のn型領域とが実質的に同じ大きさとなるように、
    それぞれの方向に沿って配置され、
    前記それぞれの方向によって、前記第1の電極及び前記第2の電極からの前記変調電圧を使用する前記光信号の変調の不均衡が低減される
    光変調器回路。
  9. 前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが異なるドーピング型配列を有し、
    前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが同じ電気接続配列を有し、
    前記第1のAPNJ及び前記第2のBPNJが第1の方向に沿って配置され、
    前記第1のBPNJ及び前記第2のAPNJが前記第1の方向とは反対の第2の方向に沿って配置されている、
    請求項8に記載の光変調器回路。
  10. 前記第1のBBJCが、APNJを前記第1の方向に沿ってそれぞれ有する、前記光変調器回路の第1の複数のBBJCの内の1つであり、
    前記第2のBBJCが、APNJを前記第2の方向に沿ってそれぞれ有する、前記光変調器回路の第2の複数のBBJCの内の1つであり、
    前記第1の複数のBBJC及び前記第2の複数のBBJCが、所定の方向交互配列に基づいて配置されている、
    請求項9に記載の光変調器回路。
  11. 前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが異なるドーピング型配列を有し、
    前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが異なる電気接続配列を有し、
    前記第1のAPNJ及び前記第2のBPNJが第1の方向に沿って配置され、
    前記第1のBPNJ及び前記第2のAPNJが前記第1の方向とは反対の第2の方向に沿って配置されている、
    請求項8に記載の光変調器回路。
  12. 前記第1のBBJCが、APNJを前記第1の方向に沿ってそれぞれ有する、前記光電子集積回路の第1の複数のBBJCの内の1つであり、
    前記第2のBBJCが、APNJを前記第2の方向に沿ってそれぞれ有する、前記光電子集積回路の第2の複数のBBJCの内の1つであり、
    前記第1の複数のBBJC及び前記第2の複数のBBJCが、所定の方向交互配列に基づいて配置されている、
    請求項11に記載の光変調器回路。
  13. 前記第1のAPNJ及び前記第2のAPNJが、前記第1の光導波路の第1の屈折率を変調するようにバイアスされ、
    前記第1のBPNJ及び前記第2のBPNJが、前記第2の光導波路の第2の屈折率を変調するようにバイアスされる、
    請求項8に記載の光変調器回路。
  14. 前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが同じドーピング型配列を有し、
    前記第1のAPNJ、前記第1のBPNJ、前記第2のAPNJ、及び前記第2のBPNJが、同じ方向に沿って配置されている、
    請求項8に記載の光変調器回路。
  15. 第1のAグループp−n接合(APNJ)及びこれに直列の第1のBグループp−n接合(BPNJ)を含む第1の背面接合コンポーネント(BBJC)と、第2のAPNJ及びこれに直列の第2のBPNJを含む第2のBBJCとを、第1の製造パターンに従って形成することと、
    前記第1のAPNJ及び前記第2のAPNJに重なって、第1のp型重なり領域及び第1のn型重なり領域を画定し、前記第1のBPNJ及び前記第2のBPNJに重なって、第2のp型重なり領域及び第2のn型重なり領域を画定する光コンポーネントを、前記第1の製造パターンに重畳される第2の製造パターンに従って形成することと、
    を含む光電子集積回路の製造方法であって、
    前記第1のAPNJ、前記第1のBPNJ、前記第2のAPNJ、及び前記第2のBPNJが、
    前記第1の製造パターンの前記第2の製造パターンに対する製造位置ずれ量に左右されずに、前記第1のp型重なり領域と前記第2のp型領域とが実質的に同じ大きさとなり、
    前記第1の製造パターンの前記第2の製造パターンに対する前記製造位置ずれ量に左右されずに、前記第1のn型重なり領域と前記第2のn型領域とが実質的に同じ大きさとなるように、
    それぞれの方向に沿って配置される、
    光電子集積回路の製造方法。
  16. 前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが異なるドーピング型配列を有し、
    前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが同じ電気接続配列を有し、
    前記第1のAPNJ及び前記第2のBPNJが第1の方向に沿って配置され、
    前記第1のBPNJ及び前記第2のAPNJが前記第1の方向とは反対の第2の方向に沿って配置される、
    請求項15に記載の方法。
  17. 前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが異なるドーピング型配列を有し、
    前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが異なる電気接続配列を有し、
    前記第1のAPNJ及び前記第2のBPNJが第1の方向に沿って配置され、
    前記第1のBPNJ及び前記第2のAPNJが前記第1の方向とは反対の第2の方向に沿って配置される、
    請求項15に記載の方法。
  18. 前記第1のBBJCが、APNJを前記第1の方向に沿ってそれぞれ有する、前記光電子集積回路の第1の複数のBBJCの内の1つであり、
    前記第2のBBJCが、APNJを前記第2の方向に沿ってそれぞれ有する、前記光電子集積回路の第2の複数のBBJCの内の1つであり、
    前記第1の複数のBBJC及び前記第2の複数のBBJCが、所定の方向交互配列に基づいて配置される、
    請求項17に記載の方法。
  19. 前記第1のBBJCが、APNJを前記第1の方向に沿ってそれぞれ有する、前記光電子集積回路の第1の複数のBBJCの内の1つであり、
    前記第2のBBJCが、APNJを前記第2の方向に沿ってそれぞれ有する、前記光電子集積回路の第2の複数のBBJCの内の1つであり、
    前記第1の複数のBBJC及び前記第2の複数のBBJCが、所定の方向交互配列に基づいて配置される、
    請求項16に記載の方法。
  20. 前記第1のBBJCと前記第2のBBJCとが同じドーピング型配列を有し、
    前記第1のAPNJ、前記第1のBPNJ、前記第2のAPNJ、及び前記第2のBPNJが、同じ方向に沿って配置される、
    請求項15に記載の方法。
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