JP5369737B2 - Optical communication system and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a connection passage that is connected to an optical modulator having a small size with a high phase and high speed modulation, to provide an optical communication system that is composed of such optical modulator and the connection passage, and also to provide methods of manufacturing the connection passage and the optical communication system. <P>SOLUTION: The connection passage 30 connects an optical modulator and an optical waveguide installed outside the optical modulator. Inside the connecting passage 30, there are installed at least a portion of a semiconductor layer 8 that is dope-processed so as to exhibit a first conductive type and at least a portion of a semiconductor layer 9 that is dope-processed so as to exhibit a second conductive type, in a manner superimposed with a dielectric layer 11 in-between. In addition, the semiconductor layer 8 of the first conductive type, the semiconductor layer 9 of the second conductive type, and the dielectric layer 11 vary in the width and/or the height, so that they form a tapered shape or an inverted tapered shape from the optical modulator toward the optical waveguide. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、キャパシタ構造を利用した光変調器に接続される接続路および光通信システムと、それらの製造方法に関する。   The present invention relates to a connection path connected to an optical modulator using a capacitor structure, an optical communication system, and manufacturing methods thereof.

業務用が中心であった光ファイバ通信が、家庭用にも幅広く普及してきている。それに伴い、高性能な光通信デバイスが求められている。家庭用光ファイバおよびローカル・エリア・ネットワーク(LAN)などの様々な光通信システム用の光通信デバイスとして、1330nmおよび1500nmの光ファイバ通信波長で機能するシリコン・ベースの光通信デバイスがある。このシリコン・ベースの光通信デバイスは、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)技術を利用することで、光機能素子および電子回路をシリコンプラットフォーム上に集積化することが可能となる非常に有望なデバイスである。   Optical fiber communication, which was mainly for business use, has become widespread for home use. Accordingly, a high-performance optical communication device is demanded. Optical communication devices for various optical communication systems, such as home optical fibers and local area networks (LAN), include silicon-based optical communication devices that function at 1330 nm and 1500 nm optical fiber communication wavelengths. This silicon-based optical communication device is a very promising device that enables the integration of optical functional elements and electronic circuits on a silicon platform by utilizing complementary metal oxide semiconductor (CMOS) technology. .

シリコン・ベースの光通信デバイスとして、導波路や光結合器、および波長フィルタなどの受動デバイスが幅広く研究されている。また、前述した光通信システム用の光信号を操作する手段の重要な要素として、シリコン・ベースの光変調器や光スイッチなどの能動デバイスが挙げられ、非常に注目されている。シリコンの熱光学効果を利用して屈折率を変化させる光変調器や光スイッチは低速であるため、光変調周波数が1Mb/秒以下の装置にしか使用できない。それよりも大きい光変調周波数の装置において用いるためには、電気光学効果を利用した光変調器が必要である。   As silicon-based optical communication devices, passive devices such as waveguides, optical couplers, and wavelength filters have been extensively studied. Further, active devices such as silicon-based optical modulators and optical switches are attracting much attention as important elements of the means for manipulating optical signals for the optical communication system described above. Optical modulators and optical switches that change the refractive index using the thermo-optic effect of silicon are slow, and can only be used in devices with an optical modulation frequency of 1 Mb / second or less. In order to use it in a device having a light modulation frequency larger than that, a light modulator using the electro-optic effect is required.

純シリコンは、Pockels効果による屈折率の変化を示さず、またFranz−Keldysh効果やKerr効果による屈折率の変化も非常に小さい。そのため、現在提案されている電気光学効果を利用した光変調器の多くは、キャリアプラズマ効果を利用して、シリコン層中の自由キャリア密度を変化させることにより、屈折率の実数部と虚数部を変化させ、光の位相や強度を変化させるデバイスである。   Pure silicon shows no change in refractive index due to the Pockels effect, and the change in refractive index due to the Franz-Keldysh effect or the Kerr effect is very small. Therefore, many of the currently proposed optical modulators using the electro-optic effect change the real part and the imaginary part of the refractive index by changing the free carrier density in the silicon layer using the carrier plasma effect. It is a device that changes the phase and intensity of light.

電気光学光変調器における自由キャリア密度は、自由キャリアの注入、蓄積、除去、または反転によって変えることが出来る。現在までに検討されたこのような装置の多くは、光変調効率が悪く、光位相変調に必要な長さが1mm以上であり、1kA/cm3より高い注入電流密度を要していた。このような装置の小型・高集積化、さらには低消費電力化を実現するためには、高い光変調効率が得られるデバイス構造が必要であり、これが実現することにより光位相変調に必要な長さを短くすることが可能である。また、光通信デバイスのサイズが大きい場合、シリコン基板上での温度の影響を受け易くなり、熱光学効果に起因するシリコン層の屈折率変化により、本来なら得られるはずであった電気光学効果を打ち消してしまうことも考えられる。 The free carrier density in the electro-optic light modulator can be changed by free carrier injection, accumulation, removal, or inversion. Many of these devices studied to date have poor light modulation efficiency, require a length of 1 mm or more for optical phase modulation, and require an injection current density higher than 1 kA / cm 3 . In order to realize such a small, highly integrated and low power consumption device, it is necessary to have a device structure that can achieve high light modulation efficiency. It is possible to shorten the length. In addition, when the size of the optical communication device is large, it is easily affected by the temperature on the silicon substrate, and the electro-optic effect that should have been originally obtained by the change in the refractive index of the silicon layer due to the thermo-optic effect. It is also possible to cancel.

図12は、SOI(Silicon on Insulator)基板に形成されたリブ導波路を利用した、シリコン・ベースの電気光学光変調器の関連技術の一例である。基板3の上に、埋め込み酸化層2、リブ形状をした部分を含む真性半導体1の順に積層されている。真性半導体1のリブ形状の部分の両側に間隔をおいて、p+ドープ半導体4とn+ドープ半導体5がそれぞれ形成されている。p+ドープ半導体4とn+ドープ半導体5は、真性半導体1に部分的に高濃度にドープ処理することによって形成されたものである。図12に示した光変調器の構造は、PIN(P−intrinsic−N)ダイオードであり、順方向および逆方向バイアス電圧を印加することにより、真性半導体1内の自由キャリア密度を変化させ、キャリアプラズマ効果を利用することにより、屈折率を変化させる構造となっている。この例では、真性半導体1のリブ形状の部分の一方の側方に、電極コンタクト層6が配置され、その電極コンタクト層6と対向する位置に、前記したp+ドープ半導体4が形成されている。同様に、真性半導体1のリブ形状の部分の他方の側方にも電極コンタクト層6が配置され、その電極コンタクト層6と対向する位置にn+ドープ半導体5が形成されている。また、リブ形状の部分を含む導波路は酸化物クラッド7により、覆われている。上記したPINダイオードの構造においては、半導体4、5のキャリア密度が1020/cm3程度になるように高濃度にドープ処理することが可能である。 FIG. 12 is an example of a related technology of a silicon-based electro-optic light modulator using a rib waveguide formed on an SOI (Silicon on Insulator) substrate. On the substrate 3, a buried oxide layer 2 and an intrinsic semiconductor 1 including a rib-shaped portion are stacked in this order. A p + doped semiconductor 4 and an n + doped semiconductor 5 are formed on both sides of the rib-shaped portion of the intrinsic semiconductor 1 with an interval therebetween. The p + doped semiconductor 4 and the n + doped semiconductor 5 are formed by partially doping the intrinsic semiconductor 1 with a high concentration. The structure of the optical modulator shown in FIG. 12 is a PIN (P-intrinsic-N) diode. By applying a forward and reverse bias voltage, the free carrier density in the intrinsic semiconductor 1 is changed, and the carrier By using the plasma effect, the refractive index is changed. In this example, the electrode contact layer 6 is disposed on one side of the rib-shaped portion of the intrinsic semiconductor 1, and the above-described p + doped semiconductor 4 is formed at a position facing the electrode contact layer 6. Similarly, the electrode contact layer 6 is disposed also on the other side of the rib-shaped portion of the intrinsic semiconductor 1, and the n + doped semiconductor 5 is formed at a position facing the electrode contact layer 6. Further, the waveguide including the rib-shaped portion is covered with the oxide cladding 7. In the PIN diode structure described above, the semiconductors 4 and 5 can be highly doped so that the carrier density is about 10 20 / cm 3 .

光変調動作時に、電極コンタクト層6に接続された電源から、PINダイオードに対して順方向バイアス電圧を印加し、それによって導波路内に自由キャリアを注入する。この時、自由キャリアの増加により、真性半導体1の屈折率が変化し、それによって、導波路を通して伝播される光の位相変調が行われる。しかし、この光変調動作の速度は、真性半導体1のリブ形状の内部の自由キャリア寿命と、順方向バイアス電圧が取り除かれた場合のキャリア拡散によって制限される。このような関連技術のPINダイオード構造をした電気光学光変調器は、通常、順方向バイアス電圧印加時に10〜50Mb/秒の範囲内の動作速度を有する。これに対し、キャリア寿命を短くするために、真性半導体1内に不純物を導入することによって、切換速度を増加させることが可能であるが、導入された不純物は光変調効率を低下させるという問題がある。また、動作速度に影響する最も大きな因子は、RC時定数によるものであり、順方向バイアス電圧印加時の静電容量が、PN接合部のキャリア空乏層の減少により非常に大きくなる。理論的には、PN接合部の高速動作は逆バイアス電圧を印加することにより達成可能であるが、比較的大きな駆動電圧あるいは大きな素子サイズを必要とする。   During the optical modulation operation, a forward bias voltage is applied to the PIN diode from the power source connected to the electrode contact layer 6, thereby injecting free carriers into the waveguide. At this time, the refractive index of the intrinsic semiconductor 1 changes due to the increase of free carriers, and thereby phase modulation of light propagated through the waveguide is performed. However, the speed of this light modulation operation is limited by the free carrier lifetime inside the rib shape of the intrinsic semiconductor 1 and carrier diffusion when the forward bias voltage is removed. An electro-optic light modulator having such a related-art PIN diode structure usually has an operating speed in the range of 10 to 50 Mb / sec when a forward bias voltage is applied. On the other hand, in order to shorten the carrier lifetime, it is possible to increase the switching speed by introducing impurities into the intrinsic semiconductor 1, but the introduced impurities have the problem of reducing the light modulation efficiency. is there. The largest factor affecting the operating speed is due to the RC time constant, and the capacitance when the forward bias voltage is applied becomes very large due to the reduction of the carrier depletion layer at the PN junction. Theoretically, high-speed operation of the PN junction can be achieved by applying a reverse bias voltage, but it requires a relatively large drive voltage or a large element size.

関連技術の他の一例として、基板3上に埋め込み酸化層2、第1導電型の本体領域が順に積層されており、この本体領域と、本体領域と部分的に重なるように積層された第2導電型のゲート領域とからなり、この積層界面に薄い誘電体層11を形成したキャパシタ構造のシリコン・ベースの電気光学光変調器が特許文献1に開示されている。なお、これ以降「薄い」とは、サブミクロンオーダー(1μm未満)を意図している。   As another example of the related art, the buried oxide layer 2 and the first conductivity type main body region are sequentially stacked on the substrate 3, and the main body region and the second stack are stacked so as to partially overlap the main body region. Patent Document 1 discloses a silicon-based electro-optic light modulator having a capacitor structure including a conductive type gate region and having a thin dielectric layer 11 formed at the laminated interface. In the following, “thin” is intended to be in the submicron order (less than 1 μm).

図13には関連技術によるSIS(silicon−insulator−silicon)構造からなるシリコン・ベースの電気光学光変調器を示す。電気光学光変調器は、基板3と埋め込み酸化層2と本体領域とで構成されたSOI基板に形成され、本体領域は、SOI基板のシリコン層にドープ処理して形成したpドープ半導体8と、高濃度にドープ処理して形成したp+ドープ半導体4と、電極コンタクト層6とで構成されている。ゲート領域はSOI基板上に積層された薄いシリコン層にドープ処理して形成したnドープ半導体9と、高濃度にドープ処理して形成したn+ドープ半導体5と、電極コンタクト層6とで構成されている。そして、埋め込み酸化層2と本体領域とゲート領域との隙間、および本体領域とゲート領域の上方は、酸化物クラッド7を有している。   FIG. 13 shows a silicon-based electro-optic light modulator having a SIS (silicon-insulator-silicon) structure according to the related art. The electro-optic light modulator is formed on an SOI substrate including a substrate 3, a buried oxide layer 2, and a main body region, and the main body region is formed by doping a silicon layer of the SOI substrate, and a p-doped semiconductor 8 is formed. The p + doped semiconductor 4 is formed by doping at a high concentration and an electrode contact layer 6. The gate region is composed of an n-doped semiconductor 9 formed by doping a thin silicon layer stacked on an SOI substrate, an n + -doped semiconductor 5 formed by doping at a high concentration, and an electrode contact layer 6. Yes. The gap between the buried oxide layer 2 and the main body region and the gate region and the upper portion of the main body region and the gate region have an oxide cladding 7.

ドープ処理された領域は、キャリア密度変化が外部信号電圧により制御されるようになっている。また、電圧を電極コンタクト層6に印加すると、誘電体層11の両側で、自由キャリアが蓄積、除去、または反転される。このことにより、光位相変調がなされる。そのため、光信号電界とキャリア密度が動的に外部制御される領域は一致させることが望ましい。   In the doped region, the carrier density change is controlled by the external signal voltage. Further, when a voltage is applied to the electrode contact layer 6, free carriers are accumulated, removed, or inverted on both sides of the dielectric layer 11. As a result, optical phase modulation is performed. For this reason, it is desirable that the optical signal electric field and the region in which the carrier density is dynamically controlled externally are matched.

特表2006−515082号公報JP 2006-515082 A

特許文献1によると、光位相変調は可能だが、実際にはキャリア密度が動的に変化する領域の厚さは数十nm程度と非常に薄くなってしまうため、ミリメートルオーダー(1mm以上)の光変調長さが必要であり、光変調器のサイズも大きくなり、かつ高速動作が難しくなる。したがって、シリコン基板上に集積が可能なシリコン・ベースの光変調器において、低コスト、低電流密度、低消費電力、高い変調度、低電圧駆動、および高速変調を厚さがサブミクロンオーダー(1μm未満)の領域内で実現可能なキャリアプラズマ効果に基づく光変調器を実現することは困難である。   According to Patent Document 1, although optical phase modulation is possible, the thickness of the region where the carrier density dynamically changes is very thin, about several tens of nanometers. A modulation length is required, the size of the optical modulator is increased, and high-speed operation is difficult. Therefore, in a silicon-based optical modulator that can be integrated on a silicon substrate, low-cost, low current density, low power consumption, high modulation depth, low voltage drive, and high-speed modulation have a thickness of submicron order (1 μm) It is difficult to realize an optical modulator based on the carrier plasma effect that can be realized in the region of

また、光変調器の外部に設けられた光導波路と結合される光変調器において、その結合部分での光損失は、光変調器への光の挿入損失の増加に加え、光変調器による光変調効率を低下させる可能性がある。そのため、光導波路と光変調器との間に、光損失を低減させるための接続路を設けるようにしている。例えば特許文献1の図29および図30にみられるように、光変調器の入出力部分において、2段に積層されたシリコンの各層の入力部と出力部のそれぞれに単一のテーパー(入力増加テーパー、出力減少テーパー、入力減少テーパー、および出力増加テーパーのいずれか)を配置することで、光導波路と光変調器との結合部分での光損失の低減を図っている。高効率の光変調を行うためには、光変調器自体の性能を向上させるだけではなく、光変調器に適した接続路を用いて、光変調器と光変調器外部に設けられた光導波路を接続したほうがよい。すなわち、小型で高位相かつ高速の変調度を有する光変調器が実現したとしても、それに適した接続路を用いて光導波路と接続しないと、光損失が大きく光変調度が悪くなってしまう。   In addition, in an optical modulator coupled to an optical waveguide provided outside the optical modulator, the optical loss at the coupling portion is not only the increase in the insertion loss of light into the optical modulator, but also the light from the optical modulator. There is a possibility of reducing the modulation efficiency. For this reason, a connection path for reducing optical loss is provided between the optical waveguide and the optical modulator. For example, as shown in FIG. 29 and FIG. 30 of Patent Document 1, in the input / output portion of the optical modulator, a single taper (input increase) is provided for each of the input portion and the output portion of each of the silicon layers stacked in two stages. By arranging a taper, an output decrease taper, an input decrease taper, or an output increase taper), the optical loss at the coupling portion between the optical waveguide and the optical modulator is reduced. In order to perform high-efficiency optical modulation, not only the performance of the optical modulator itself is improved, but also an optical waveguide provided outside the optical modulator and the optical modulator using a connection path suitable for the optical modulator. It is better to connect. That is, even if a small-sized optical modulator having a high phase and a high degree of modulation is realized, if it is not connected to the optical waveguide using a connection path suitable for it, the optical loss is large and the optical modulation is deteriorated.

本発明の目的は、上記課題である、小型で高位相かつ高速な変調度を有する光変調器を光導波路に直接接続すると、光損失が大きく光変調度が悪くなる、という問題を解決する、光変調器と光導波路とに接続される接続路と、そのような光変調器および接続路で構成された光通信システムと、それらの製造方法を提供することである。   The object of the present invention is to solve the above-mentioned problem that the optical modulator having a small, high-phase and high-speed modulation degree is directly connected to the optical waveguide, resulting in a large optical loss and a poor optical modulation degree. It is to provide a connection path connected to the optical modulator and the optical waveguide, an optical communication system constituted by such an optical modulator and the connection path, and a method for manufacturing them.

本発明の接続路は、光変調器の外部に設けられた光導波路と光変調器を接続する。接続路の内部には、第1導電型を呈するようにドープ処理された半導体層の少なくとも一部と、第2導電型を呈するようにドープ処理された半導体層の少なくとも一部とが誘電体層を挟んで重なり合って設けられている。また、光変調器から光導波路に向かって第1導電型の半導体層と、第2導電型の半導体層と、誘電体層とが、テーパー形状または逆テーパー形状を有するように幅および/または高さが変化している。   The connection path of the present invention connects an optical waveguide provided outside the optical modulator and the optical modulator. In the connection path, at least a part of the semiconductor layer doped to exhibit the first conductivity type and at least a part of the semiconductor layer doped to exhibit the second conductivity type are dielectric layers. It is provided so as to overlap each other. Further, the width and / or height of the first conductive type semiconductor layer, the second conductive type semiconductor layer, and the dielectric layer from the optical modulator toward the optical waveguide have a tapered shape or an inversely tapered shape. Is changing.

本発明によると、小型で高位相かつ高速な変調度を持つ光変調器を、それに適した接続路を用いて光導波路に接続することができ、それによって光損失を抑え、高い光変調効率を実現することができる。   According to the present invention, an optical modulator having a small size, a high phase, and a high degree of modulation can be connected to an optical waveguide using a connection path suitable for the optical modulator, thereby suppressing optical loss and increasing optical modulation efficiency. Can be realized.

本発明において用いられる光変調器の一例の概略図である。It is the schematic of an example of the optical modulator used in this invention. 図1における光変調器のAA’断面図である。It is AA 'sectional drawing of the optical modulator in FIG. 図1における光変調器とその外部に設けられた光導波路とを接続する接続路の一実施形態の要部断面斜視図である。FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of a main part of an embodiment of a connection path that connects the optical modulator in FIG. 1 and an optical waveguide provided outside the optical modulator. 本発明において用いられる光変調器の他の一例の概略図である。It is the schematic of another example of the optical modulator used in this invention. 図4における光変調器とその外部に設けられた光導波路とを接続する接続路の一実施形態の要部断面斜視図である。FIG. 5 is a cross-sectional perspective view of a main part of an embodiment of a connection path that connects the optical modulator in FIG. 4 and an optical waveguide provided outside the optical modulator. 本発明において用いられる光変調器のさらに他の一例の概略図であり、(a)は光の伝播方向から見た図、(b)は(a)におけるBB’断面図、(c)は(a)におけるCC’断面図である。It is the schematic of another example of the optical modulator used in this invention, (a) is the figure seen from the propagation direction of light, (b) is BB 'sectional drawing in (a), (c) is ( It is CC 'sectional drawing in a). 図6における光変調器とその外部に設けられた光導波路とを接続する接続路の一実施形態の要部断面斜視図である。It is a principal part cross-section perspective view of one Embodiment of the connection path which connects the optical modulator in FIG. 6, and the optical waveguide provided in the exterior. 図3における接続路の製造過程を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing process of the connection path in FIG. 図8の続きの接続路の製造過程を示した図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a manufacturing process of the connection path continued from FIG. 8. 本発明において用いられる光変調器と従来技術の光変調器における光変調長さと光位相シフト量との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the optical modulation length and optical phase shift amount in the optical modulator used in this invention, and the optical modulator of a prior art. 本発明において用いられる光変調器と従来技術の光変調器におけるキャリア密度と周波数帯域の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the carrier density and frequency band in the optical modulator used in this invention, and the optical modulator of a prior art. 従来技術の光変調器の一例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an example of the optical modulator of a prior art. 従来技術の光変調器の他の一例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of another example of the optical modulator of a prior art.

以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, the same number is attached | subjected to the structure which has the same function in an accompanying drawing, and the description may be abbreviate | omitted.

本発明において用いられる光変調器の例示的な構造を説明する前に、その動作の基となっているシリコン層内のキャリア密度の変調メカニズムについて説明する。本発明において用いられるシリコン・ベースの電気光学光変調器は、以下に説明するキャリアプラズマ効果を利用するものである。   Before describing an exemplary structure of an optical modulator used in the present invention, a mechanism for modulating a carrier density in a silicon layer on which the operation is based will be described. The silicon-based electro-optic light modulator used in the present invention utilizes the carrier plasma effect described below.

前述したように、純シリコンはPockels効果による屈折率の変化を示さず、またFranz−Keldysh効果やKerr効果による屈折率の変化も非常に小さい。そのため、キャリアプラズマ効果と熱光学効果だけが光変調動作に利用できる。しかし、熱光学効果を利用して屈折率を変化させる光変調器は低速である。したがって、高速動作(Gb/秒以上)のためには、キャリアプラズマ効果によるキャリア拡散だけが効果的である。キャリアプラズマ効果による屈折率の変化は、クラマース・クローニッヒの関係式とDrudeの式から導かれる以下の関係式の一次近似値で説明される。
As described above, pure silicon shows no change in refractive index due to the Pockels effect, and the change in refractive index due to the Franz-Keldysh effect or the Kerr effect is very small. Therefore, only the carrier plasma effect and the thermo-optic effect can be used for the light modulation operation. However, an optical modulator that changes the refractive index using the thermo-optic effect is slow. Therefore, only carrier diffusion by the carrier plasma effect is effective for high-speed operation (Gb / sec or more). The change in the refractive index due to the carrier plasma effect is explained by a first-order approximation of the following relational expression derived from the Kramers-Kronig relational expression and the Drude expression.

Figure 0005369737
Figure 0005369737

Figure 0005369737
Figure 0005369737

式中、ΔnおよびΔkは、シリコン層の屈折率変化の実部および虚部を表しており、eは電荷、λは光波長であり、ε0は真空中の誘電率であり、nは真性シリコンの屈折率、meは電子キャリアの有効質量、mhはホールキャリアの有効質量であり、μeは電子キャリアの移動度、μhはホールキャリアの移動度、ΔNeは電子キャリアの濃度変化、ΔNhはホールキャリアの濃度変化である。シリコン中のキャリアプラズマ効果の実験的な評価が行われており、光通信システムで使用する1330nmおよび1500nm波長でのキャリア密度に対する屈折率変化は、上記の式で求めた場合とよく一致することが分かった。また、キャリアプラズマ効果を利用した電気光学光変調器においては、位相変化量は以下の式で定義される。
Where Δn and Δk represent the real and imaginary parts of the refractive index change of the silicon layer, e is the charge, λ is the light wavelength, ε 0 is the dielectric constant in vacuum, and n is intrinsic the refractive index of silicon, m e is the effective mass, m h of the electron carrier is the effective mass of the hole carriers, mu e is the mobility of electron carriers, mu h is the mobility of hole carriers, .DELTA.N e is the concentration of the electron carrier The change, ΔN h, is the change in hole carrier concentration. Experimental evaluation of the carrier plasma effect in silicon has been carried out, and the refractive index change with respect to the carrier density at 1330 nm and 1500 nm wavelengths used in the optical communication system agrees well with the case obtained by the above formula. I understood. Further, in the electro-optic light modulator using the carrier plasma effect, the phase change amount is defined by the following equation.

Figure 0005369737
Figure 0005369737

式中、Lは電気光学光変調器の光伝播方向に沿ったアクティブ層の長さである。   Where L is the length of the active layer along the light propagation direction of the electro-optic light modulator.

本発明では、上記位相変化量は光吸収に比較して大きな効果であり、以下に述べる電気光学光変調器は基本的に位相変調器としての特徴を示すことが出来る。   In the present invention, the amount of phase change is a greater effect than light absorption, and the electro-optic light modulator described below can basically exhibit the characteristics of a phase modulator.

SOI(Silicon on Insulator)基板上にシリコン−誘電体層−シリコンのキャパシタ構造をしている自由キャリアプラズマ効果を用いた光変調器および、光変調器と光導波路を接続する接続路を以下に説明する。   An optical modulator using a free carrier plasma effect having a silicon-dielectric layer-silicon capacitor structure on an SOI (Silicon on Insulator) substrate, and a connection path connecting the optical modulator and the optical waveguide will be described below. To do.

図1は本発明において用いられる光変調器の一例における概略断面図である。この光変調器の基本構成を説明すると、基板3上に埋め込み酸化層2が形成され、さらにその上にリブ構造を有する第1導電型の半導体8と、誘電体層11と、第2導電型の半導体層9が順番に積層されている。基板3と、埋め込み酸化層2と、第1導電型の半導体8によってSOI基板が構成されている。なお、図中において、矢印が光の伝播方向を示している。SOI基板に形成されたリブ導波路を構成する第1導電型の半導体(以降すべて「pドープ半導体」とする)8の表面は、光の伝播方向に対して直交する方向に窪み(窪みの長手方向が光の伝播方向に平行になっている)が掘られ、凹凸形状が形成されている。そしてこの凹凸形状が形成されているすべての部分を、薄い(以後「薄い」とはサブミクロンオーダー(1μm未満)を指す)誘電体層11が覆っている。薄い誘電体層11上には第2導電型の半導体(以後すべて「nドープ半導体」とする)9がさらに堆積することで、リブ形状が形成されている。リブ形状の両側のスラブ領域には、高濃度にドープ処理されたドープ領域(以後すべて「p+ドープ半導体」とする)4が形成され、第2導電型の半導体9上にも、高濃度にドープ処理されたドープ領域(以後すべて「n+ドープ半導体」とする)5が形成されている。また、p+ドープ半導体4とn+ドープ半導体5の上には、電極コンタクト層6がそれぞれ設けられている。また、導波路全体を酸化物クラッド7で覆っている。   FIG. 1 is a schematic sectional view of an example of an optical modulator used in the present invention. The basic structure of this optical modulator will be described. A buried oxide layer 2 is formed on a substrate 3, and a first conductivity type semiconductor 8 having a rib structure thereon, a dielectric layer 11, and a second conductivity type. The semiconductor layers 9 are sequentially stacked. The substrate 3, the buried oxide layer 2 and the first conductivity type semiconductor 8 constitute an SOI substrate. In the figure, the arrow indicates the light propagation direction. The surface of the first conductivity type semiconductor (hereinafter referred to as “p-doped semiconductor”) 8 constituting the rib waveguide formed on the SOI substrate is recessed in the direction perpendicular to the light propagation direction (the length of the recess). The direction is parallel to the light propagation direction), and a concave-convex shape is formed. All the portions where the uneven shape is formed are covered with a thin dielectric layer 11 (hereinafter, “thin” indicates a submicron order (less than 1 μm)). On the thin dielectric layer 11, a second conductivity type semiconductor (hereinafter referred to as “n-doped semiconductor”) 9 is further deposited to form a rib shape. In the slab regions on both sides of the rib shape, a highly doped region (hereinafter referred to as “p + doped semiconductor”) 4 is formed, and the second conductivity type semiconductor 9 is also doped at a high concentration. A treated doped region (hereinafter all referred to as “n + doped semiconductor”) 5 is formed. Further, electrode contact layers 6 are provided on the p + doped semiconductor 4 and the n + doped semiconductor 5, respectively. The entire waveguide is covered with an oxide cladding 7.

図1に示す構造では、キャパシタ構造の接合界面に凹凸形状を設けることにより、光フィールドとキャリア密度変調領域のオーバーラップが大きくなり、光変調長さが短くても光の変調が十分可能であるため、光変調器の寸法を小さくすることができる。また、キャパシタ構造の接合界面に隣接した第1導電型を呈するようにドープされた領域および第2の導電型を呈するようにドープされた領域のドーピング密度をさらに上昇させることにより、直列抵抗成分を小さくし、RC時定数を小さくすることも可能である。   In the structure shown in FIG. 1, by providing an uneven shape at the junction interface of the capacitor structure, the overlap between the light field and the carrier density modulation region is large, and light modulation is sufficiently possible even if the light modulation length is short. Therefore, the size of the optical modulator can be reduced. Further, by further increasing the doping density of the region doped to exhibit the first conductivity type adjacent to the junction interface of the capacitor structure and the region doped to exhibit the second conductivity type, the series resistance component is reduced. It is also possible to reduce the RC time constant.

このドーピング密度を上昇させた領域と光フィールドとのオーバーラップによる光吸収損失を低減するために、図1に示すようなリブ導波路とし、スラブ領域のドーピング密度を上昇させた構造とすることにより、光損失が小さく、RC時定数の小さい高速動作する光変調器を得ることも可能となる。   In order to reduce the optical absorption loss due to the overlap between the region where the doping density is increased and the optical field, a rib waveguide as shown in FIG. 1 is used, and a structure in which the doping density in the slab region is increased is adopted. It is also possible to obtain an optical modulator that operates at high speed with small optical loss and small RC time constant.

キャパシタ構造の接合界面付近の領域で、キャリア変調が生じる部分の厚みをWとすると、最大空乏層厚(キャリア変調が引き起こされる厚み)Wは、熱平衡状態では下記数式で与えられる。
In the region near the junction interface of the capacitor structure, assuming that the thickness of the portion where carrier modulation occurs is W, the maximum depletion layer thickness (thickness causing carrier modulation) W is given by the following formula in the thermal equilibrium state.

Figure 0005369737
Figure 0005369737

ここでεsは、半導体層の誘電率、kはボルツマン定数、Ncはキャリア密度、niは真性キャリア濃度、eは電荷量である。例えば、Ncが1017/cm3の時、最大空乏層厚は0.1μm程度であり、キャリア密度が上昇するに従い、空乏層厚、すなわちキャリア密度の変調が生じる領域の厚みは薄くなる。 Here, ε s is the dielectric constant of the semiconductor layer, k is the Boltzmann constant, N c is the carrier density, ni is the intrinsic carrier concentration, and e is the charge amount. For example, when N c is 10 17 / cm 3 , the maximum depletion layer thickness is about 0.1 μm, and as the carrier density increases, the depletion layer thickness, that is, the thickness of the region where the carrier density modulation occurs becomes thinner.

図2に図1のAA’断面図を示す。pドープ半導体8上に設けられた凹部と凸部の間隔をXとすると、Xは2W以下であることが望ましい。凹部と凸部の間隔を2W以下とすると、隣接する凹凸間のキャリア変調領域がオーバーラップするので、より高い光変調効果が得られる。ただし、隣接する凹凸形状の凹部と凸部の間隔を2W以上にした場合でも光変調効率を改善する効果を得ることは可能である。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. Assuming that the interval between the concave portion and the convex portion provided on the p-doped semiconductor 8 is X, X is preferably 2 W or less. When the interval between the concave and convex portions is 2 W or less, the carrier modulation regions between the adjacent concave and convex portions overlap, so that a higher light modulation effect can be obtained. However, it is possible to obtain an effect of improving the light modulation efficiency even when the interval between the adjacent concave and convex portions having a concave and convex shape is 2 W or more.

光信号電界が感じる実効的な屈折率をneff、光信号波長をλとした時、光のフィールドサイズはλ/neffとなる。そのため、図1で示した光変調器において、pドープ半導体8表面に設けられた凹部から凸部までの高さは、λ/neff以下であることが望ましい。そうすることで、光フィールドとキャリア密度変調が行われる領域との重なりが最大となり、効率的な光位相変調を実現することができる。 When the effective refractive index felt by the optical signal electric field is n eff and the optical signal wavelength is λ, the light field size is λ / n eff . Therefore, in the optical modulator shown in FIG. 1, the height from the concave portion to the convex portion provided on the surface of the p-doped semiconductor 8 is preferably λ / n eff or less. By doing so, the overlap between the optical field and the region where carrier density modulation is performed is maximized, and efficient optical phase modulation can be realized.

次に接続路について説明する。   Next, the connection path will be described.

図3は、光変調器と光導波路とを接続する、本発明の主要な特徴部分である接続路30を示す要部断面斜視図である。図3の断面4は図1で示した光変調器に接続される部分であり、図3の断面1は光変調器の外部に設けられた光導波路に接続される部分である。そして断面1と断面4との間が本発明の接続路30によってつながれている。光導波路は断面1と同様の、矩形断面をもつシリコン細線光導波路であり、光変調器は断面4と同様のリブ導波路(図1参照)である。これらの2つの導波路を接続路30を介さないで接続した場合には、各導波路に閉じ込められる光フィールドの分布が異なっているため、光接続損失を生じる。そこで接続路30は、光導波路側端部では光導波路の断面形状と一致する断面1の形状であり、光変調器側端部では光変調器の断面形状と一致する断面4の形状になっており、さらに、断面1の形状から、断面2の形状および断面3の形状を経て、断面4の形状へと徐々に変化している。このように断面形状が変化する接続路30を用いることによって、この接続路30と光変調器との間でも、この接続路30と光導波路との間でも光損失を抑えることができる。その結果、小型で高位相かつ高速な変調度を有する光変調器の特性を損なうことなく、高い光変調効率を実現することができる。   FIG. 3 is a principal cross-sectional perspective view showing a connection path 30 that is a main characteristic part of the present invention and connects the optical modulator and the optical waveguide. A cross section 4 in FIG. 3 is a portion connected to the optical modulator shown in FIG. 1, and a cross section 1 in FIG. 3 is a portion connected to an optical waveguide provided outside the optical modulator. The cross section 1 and the cross section 4 are connected by the connection path 30 of the present invention. The optical waveguide is a silicon fine wire optical waveguide having a rectangular cross section similar to the cross section 1, and the optical modulator is a rib waveguide similar to the cross section 4 (see FIG. 1). When these two waveguides are connected without passing through the connection path 30, an optical connection loss occurs because the distribution of the optical field confined in each waveguide is different. Therefore, the connection path 30 has a cross-sectional shape 1 that matches the cross-sectional shape of the optical waveguide at the end portion of the optical waveguide, and a cross-sectional shape that matches the cross-sectional shape of the optical modulator at the end portion of the optical modulator. Further, the shape gradually changes from the shape of the cross section 1 to the shape of the cross section 4 through the shape of the cross section 2 and the shape of the cross section 3. By using the connection path 30 whose cross-sectional shape changes in this way, it is possible to suppress optical loss both between the connection path 30 and the optical modulator and between the connection path 30 and the optical waveguide. As a result, high optical modulation efficiency can be realized without impairing the characteristics of a small-sized optical modulator having a high phase and a high degree of modulation.

以下に接続路30の構造について詳しく説明する。   Hereinafter, the structure of the connection path 30 will be described in detail.

断面1において、光導波路30は、基板3上に埋め込み酸化層2が形成され、さらにその上に矩形断面を有する第1導電型の半導体(以降すべて「pドープ半導体」とする)8で構成されている。   In the cross section 1, the optical waveguide 30 is composed of a first conductivity type semiconductor (hereinafter referred to as “p-doped semiconductor”) 8 having a buried oxide layer 2 formed on a substrate 3 and a rectangular cross section thereon. ing.

接続路30の内部は、pドープ半導体8の層の少なくとも一部と第2導電型の半導体(以降すべて「nドープ半導体」とする)9の層の少なくとも一部とが誘電体層11を挟んで重なり合っている。具体的には、断面1の形状から、次に断面2の形状になるように、pドープ半導体8の層に凹凸が形成され、pドープ半導体8の層の凹部と上部を覆うように誘電体層11が形成される。また、pドープ半導体8の層の下部も水平方向に広がっている。さらに断面3の形状になるように、pドープ半導体8の層の凹部と凸部の間隔が大きくなり、凹部と凸部の隙間に誘電体層11に挟まれるようにnドープ半導体9の層が形成され、さらに誘電体層11の上部にもnドープ半導体9の層が形成される。pドープ半導体8の層の下部はさらに水平方向に広がっている。そして、断面4の形状になり、これは前記した光変調器の断面形状と一致する。接続路30の内部は、断面1のpドープ半導体8の形状から、pドープ半導体8とnドープ半導体9の層、およびそれらの層に挟まれた誘電体層11が、テーパー形状または逆テーパー形状を有するように、それらの幅および/または高さが徐々に変化し、断面4のpドープ半導体8とnドープ半導体9の層、およびそれらの層に挟まれた誘電体層11へと変化している。この際に、断面2の形状から断面4の形状へ徐々に変化するように、pドープ半導体8の層の凹凸形状の凹部と凸部の間隔の幅は、光導波路側から光変調器側へ徐々に大きくなる。また、光変調器、接続路30および光変調器は、いずれも全体が酸化物クラッド7で覆われている。このような接続路30が前記した光変調器に接続されることによって、本発明の光通信システムが構成される。   Inside the connection path 30, at least part of the layer of the p-doped semiconductor 8 and at least part of the layer of the second conductivity type semiconductor (hereinafter all referred to as “n-doped semiconductor”) 9 sandwich the dielectric layer 11. Are overlapping. Specifically, an unevenness is formed in the layer of the p-doped semiconductor 8 so that the shape of the cross-section 1 is changed to the shape of the cross-section 2 next, and the dielectric is formed so as to cover the concave portion and the upper portion of the p-doped semiconductor 8 layer. Layer 11 is formed. The lower part of the p-doped semiconductor 8 layer also extends in the horizontal direction. Further, the gap between the concave portion and the convex portion of the layer of the p-doped semiconductor 8 is increased so that the shape of the cross section 3 is formed, and the layer of the n-doped semiconductor 9 is sandwiched between the dielectric layers 11 between the concave portion and the convex portion. In addition, a layer of n-doped semiconductor 9 is also formed on the dielectric layer 11. The lower portion of the p-doped semiconductor 8 layer further extends in the horizontal direction. And it becomes the shape of the cross section 4, and this corresponds with the cross-sectional shape of an optical modulator mentioned above. The inside of the connection path 30 has a taper shape or an inverse taper shape from the shape of the p-doped semiconductor 8 of the cross section 1 to the layers of the p-doped semiconductor 8 and the n-doped semiconductor 9 and the dielectric layer 11 sandwiched between these layers. So that the width and / or height thereof gradually change to change to the layers of the p-doped semiconductor 8 and the n-doped semiconductor 9 in the cross section 4 and the dielectric layer 11 sandwiched between these layers. ing. At this time, the width of the interval between the concave and convex portions of the concavo-convex shape of the layer of the p-doped semiconductor 8 is from the optical waveguide side to the optical modulator side so as to gradually change from the shape of the cross section 2 to the shape of the cross section 4. Gradually grows. Further, the optical modulator, the connection path 30 and the optical modulator are all covered with the oxide cladding 7. By connecting such a connection path 30 to the optical modulator described above, the optical communication system of the present invention is configured.

図4は本発明において用いられる光変調器の他の例を示す概略図である。この例では、SOI層の表面は、光の伝播方向に対して直交する方向に凹凸形状が形成されている。この光変調器はスラブ導波路形状をしているが、内部に図1の構造とは逆の向きのリブ構造を有している。凹凸形状を有するpドープ半導体8上に薄い誘電体層11が堆積し、さらに、nドープ半導体9が堆積している。光フィールドの大きさを小さくするために、電極引出しのための左右に広がるpおよびnドープ半導体8、9の層の厚みを100nm以下としている。これにより、高濃度にドープ処理したp+ドープ半導体4およびn+ドープ半導体5の領域を光変調領域に隣接して配置することが可能となり、直列抵抗成分を低減するとともに、キャリアの蓄積、除去が高速に行われることとなり、光変調器のサイズが小さくなると共に、高速化、低電力化が実現されることとなる。p+ドープ半導体4およびn+ドープ半導体5上に電極コンタクト層6が設けられ、上記以外の部分は酸化物クラッド7で覆われている。   FIG. 4 is a schematic view showing another example of an optical modulator used in the present invention. In this example, the surface of the SOI layer has a concavo-convex shape in a direction orthogonal to the light propagation direction. This optical modulator has a slab waveguide shape, but has a rib structure in the opposite direction to the structure of FIG. A thin dielectric layer 11 is deposited on the p-doped semiconductor 8 having an uneven shape, and an n-doped semiconductor 9 is further deposited. In order to reduce the size of the optical field, the thickness of the p and n doped semiconductors 8 and 9 spreading left and right for electrode extraction is set to 100 nm or less. This makes it possible to dispose the heavily doped p + doped semiconductor 4 and n + doped semiconductor 5 regions adjacent to the light modulation region, reduce the series resistance component, and accelerate the accumulation and removal of carriers. As a result, the size of the optical modulator is reduced, and higher speed and lower power are realized. An electrode contact layer 6 is provided on the p + doped semiconductor 4 and the n + doped semiconductor 5, and portions other than the above are covered with an oxide cladding 7.

次に接続路30について説明する。   Next, the connection path 30 will be described.

図5は、光変調器と光導波路とを接続する本発明の接続路30を示す要部断面斜視図である。図5の断面4は図4で示した光変調器に接続される部分であり、図5の断面1は光変調器の外部に設けられた光導波路に接続される部分である。また、断面1と断面4との間が接続路30によってつながれている。この場合も、適切な接続路30による接続が行われなければ、上述した理由のために、光接続損失を生じる。   FIG. 5 is a cross-sectional perspective view of the main part showing the connection path 30 of the present invention for connecting the optical modulator and the optical waveguide. 5 is a portion connected to the optical modulator shown in FIG. 4, and cross section 1 in FIG. 5 is a portion connected to an optical waveguide provided outside the optical modulator. The cross section 1 and the cross section 4 are connected by a connection path 30. Also in this case, if the connection by the appropriate connection path 30 is not performed, an optical connection loss is caused for the reason described above.

そこで接続路30は、光導波路側端部では光導波路の断面形状と一致する断面1の形状であり、光変調器側端部では光変調器の断面形状と一致する断面4の形状になっており、さらに、断面1の形状から、断面2の形状および断面3の形状を経て、断面4の形状へと徐々に変化している。   Therefore, the connection path 30 has a cross-sectional shape 1 that matches the cross-sectional shape of the optical waveguide at the end portion of the optical waveguide, and a cross-sectional shape that matches the cross-sectional shape of the optical modulator at the end portion of the optical modulator. Further, the shape gradually changes from the shape of the cross section 1 to the shape of the cross section 4 through the shape of the cross section 2 and the shape of the cross section 3.

以下に接続路30の構造について詳しく説明する。なお、光導波路の構造は、上述したとおりである。   Hereinafter, the structure of the connection path 30 will be described in detail. The structure of the optical waveguide is as described above.

接続路30の内部は、pドープ半導体8の層の少なくとも一部とnドープ半導体9の層の少なくとも一部が誘電体層11を挟んで重なり合っている。具体的には、断面1の形状から、次に断面2の形状になるように、pドープ半導体8の層に凹凸が形成され、pドープ半導体8の層の凹部と上部の一部を覆うように誘電体層11が形成される。さらに、誘電体層11上にはnドープ半導体9が形成されている。さらに断面3の形状になるように、pドープ半導体8の層の凹部と凸部の間隔が大きくなり、凹部と凸部の隙間に誘電体層11に挟まれるようにnドープ半導体9が形成される。また、リブ構造の基板3とは逆側において、pドープ半導体8と、nドープ半導体9の層とが互いに逆向きに水平方向へ広がっている。そして、断面4の形状になり、これは前記した光変調器の断面形状と一致する。接続路30の内部は、断面1のpドープ半導体8の形状から、pドープ半導体8とnドープ半導体9の層、およびそれらの層に挟まれた誘電体層11が、テーパー形状または逆テーパー形状を有するように、それらの幅および/または高さが徐々に変化し、断面4のpドープ半導体8とnドープ半導体9の層、およびそれらの層に挟まれた誘電体層11へと変化している。この際に、断面2の形状から断面4の形状へ徐々に変化するように、pドープ半導体8の層の凹凸形状の凹部と凸部の間隔の幅は、光導波路側から光変調器側へ徐々に大きくなる。また、光変調器、接続路30および光変調器は、いずれも全体が酸化物クラッド7で覆われている。   In the connection path 30, at least a part of the layer of the p-doped semiconductor 8 and at least a part of the layer of the n-doped semiconductor 9 are overlapped with the dielectric layer 11 interposed therebetween. Specifically, an unevenness is formed in the layer of the p-doped semiconductor 8 so that the shape of the cross-section 1 is changed to the shape of the cross-section 2 next, and the concave portion and a part of the upper portion of the p-doped semiconductor 8 are covered. A dielectric layer 11 is formed. Further, an n-doped semiconductor 9 is formed on the dielectric layer 11. Further, the n-doped semiconductor 9 is formed so that the gap between the concave portion and the convex portion of the layer of the p-doped semiconductor 8 is increased so that the shape of the cross-section 3 is formed, and the dielectric layer 11 is sandwiched between the concave portion and the convex portion. The Further, on the side opposite to the rib-structured substrate 3, the p-doped semiconductor 8 and the n-doped semiconductor 9 layers spread in the horizontal direction in opposite directions. And it becomes the shape of the cross section 4, and this corresponds with the cross-sectional shape of an optical modulator mentioned above. The inside of the connection path 30 has a taper shape or an inverse taper shape from the shape of the p-doped semiconductor 8 of the cross section 1 to the layers of the p-doped semiconductor 8 and the n-doped semiconductor 9 and the dielectric layer 11 sandwiched between these layers. So that the width and / or height thereof gradually change to change to the layers of the p-doped semiconductor 8 and the n-doped semiconductor 9 in the cross section 4 and the dielectric layer 11 sandwiched between these layers. ing. At this time, the width of the interval between the concave and convex portions of the concavo-convex shape of the layer of the p-doped semiconductor 8 is from the optical waveguide side to the optical modulator side so as to gradually change from the shape of the cross section 2 to the shape of the cross section 4. Gradually grows. Further, the optical modulator, the connection path 30 and the optical modulator are all covered with the oxide cladding 7.

図6は本発明において用いられる光変調器のさらに他の例を示す概略図である。図6(a)は、光の伝播方向から見た図であり、図6(b)は、図6(a)のBB’断面を示した図であり、図6(c)は、図6(a)のCC’断面を示した図である。なお、矢印の方向が光の伝播方向である(図6(a)においては、手前から奥方向)。   FIG. 6 is a schematic view showing still another example of the optical modulator used in the present invention. 6A is a diagram viewed from the propagation direction of light, FIG. 6B is a diagram showing a BB ′ cross section of FIG. 6A, and FIG. It is the figure which showed CC 'cross section of (a). The direction of the arrow is the direction of light propagation (in FIG. 6A, from the front to the back).

この例では、SOI基板上に形成されたリブ導波路内のpドープ半導体8の表面は、光の伝播方向に対して平行に窪み(窪みの長手方向が光の伝播方向に直交している)が掘られ、凹凸形状が形成されており、その凹凸形状上のすべての部分を、薄い誘電体層11で覆っている。この薄い誘電体層11上にはnドープ半導体9が堆積している。さらにこのnドープ半導体9の上には高濃度にドープ処理されたn+ドープ半導体5が堆積している。リブ形状をした領域の両側のスラブ領域には、高濃度にドープ処理されたp+ドープ半導体4が形成されている。また、p+ドープ半導体4と、n+ドープ半導体5には、電極コンタクト層6が設けられており、さらに導波路全体を酸化物クラッド7で覆っている。   In this example, the surface of the p-doped semiconductor 8 in the rib waveguide formed on the SOI substrate is recessed parallel to the light propagation direction (the longitudinal direction of the recess is perpendicular to the light propagation direction). The concave and convex shape is formed, and all portions on the concave and convex shape are covered with the thin dielectric layer 11. An n-doped semiconductor 9 is deposited on the thin dielectric layer 11. Further, on the n-doped semiconductor 9, an n + doped semiconductor 5 doped at a high concentration is deposited. Highly doped p + doped semiconductors 4 are formed in the slab regions on both sides of the rib-shaped region. The p + doped semiconductor 4 and the n + doped semiconductor 5 are provided with an electrode contact layer 6, and the entire waveguide is covered with an oxide cladding 7.

pドープ半導体8に形成された凹凸形状の凹部と凸部の間隔をYとし、キャリア密度が変調される領域の厚みをWとすると、前述の理由からやはりYは2W以下が好ましい。また、凹凸形状の周期が、光信号の群速度を遅くするように形成されるか、あるいは光信号の反射を抑制するために、非周期的に光信号電界が感じる実効的な屈折率をneff、光信号波長をλとすると、λ/neff以下の間隔となるように形成されてもよい。 Y is preferably 2 W or less for the reasons described above, where Y is the distance between the concave and convex portions of the concavo-convex shape formed on the p-doped semiconductor 8 and W is the thickness of the region where the carrier density is modulated. In addition, the period of the concavo-convex shape is formed so as to reduce the group velocity of the optical signal, or in order to suppress the reflection of the optical signal, the effective refractive index that the optical signal electric field feels aperiodically is n eff , where the optical signal wavelength is λ, the interval may be less than λ / n eff .

次に接続路30について説明する。   Next, the connection path 30 will be described.

図7は、光変調器と光導波路とを接続する本発明の接続路30を示す要部断面斜視図である。図7の断面4は図6で示した光変調器に接続される部分であり、図7の断面1は光変調器の外部に設けられた光導波路に接続される部分である。そして断面1と断面4との間が本発明の接続路30によってつながれている。この場合も、適切な接続路30による接続が行われなければ、上述した理由のために、光接続損失を生じる。   FIG. 7 is a cross-sectional perspective view of the main part showing the connection path 30 of the present invention for connecting the optical modulator and the optical waveguide. A cross section 4 in FIG. 7 is a portion connected to the optical modulator shown in FIG. 6, and a cross section 1 in FIG. 7 is a portion connected to an optical waveguide provided outside the optical modulator. The cross section 1 and the cross section 4 are connected by the connection path 30 of the present invention. Also in this case, if the connection by the appropriate connection path 30 is not performed, an optical connection loss is caused for the reason described above.

そこで接続路30は、光導波路側端部では光導波路の断面形状と一致する断面1の形状であり、光変調器側端部では光変調器の断面形状と一致する断面4の形状になっており、さらに、断面1の形状から、断面2の形状および断面3の形状を経て、断面4の形状へと徐々に変化している。   Therefore, the connection path 30 has a cross-sectional shape 1 that matches the cross-sectional shape of the optical waveguide at the end portion of the optical waveguide, and a cross-sectional shape that matches the cross-sectional shape of the optical modulator at the end portion of the optical modulator. Further, the shape gradually changes from the shape of the cross section 1 to the shape of the cross section 4 through the shape of the cross section 2 and the shape of the cross section 3.

以下に接続路30の構造について詳しく説明する。なお、光導波路の構造は、上述したとおりである。   Hereinafter, the structure of the connection path 30 will be described in detail. The structure of the optical waveguide is as described above.

接続路30の内部は、pドープ半導体8の層の少なくとも一部とnドープ半導体9の層の少なくとも一部が誘電体層11を挟んで重なり合っている。具体的には、断面1の形状から、次に、断面2の形状になるように、pドープ半導体8の層上に誘電体層11が形成され、さらに誘電体層11の上層の中央部にnドープ半導体9の層が形成されている。また、pドープ半導体9の層の下部が水平方向に広がっている。次に、断面3の形状になるように、nドープ半導体9の層は、中央部から水平方向に広がっている。さらに、pドープ半導体8の層全体が、水平方向に広がっている。そして、断面4の形状になり、これは前記した光変調器の断面形状と一致する。接続路30の内部は、断面1のpドープ半導体8の形状から、pドープ半導体8とnドープ半導体9の層、およびそれらの層に挟まれた誘電体層11が、テーパー形状または逆テーパー形状を有するように、それらの幅および/または高さが徐々に変化し、断面4のpドープ半導体8とnドープ半導体9の層、およびそれらの層に挟まれた誘電体層11へと変化している。また、光変調器、接続路30および光変調器は、いずれも全体が酸化物クラッド7で覆われている。   In the connection path 30, at least a part of the layer of the p-doped semiconductor 8 and at least a part of the layer of the n-doped semiconductor 9 are overlapped with the dielectric layer 11 interposed therebetween. Specifically, the dielectric layer 11 is formed on the layer of the p-doped semiconductor 8 so that the shape of the cross section 1 is changed to the shape of the cross section 2 next, and further in the central portion of the upper layer of the dielectric layer 11. A layer of n-doped semiconductor 9 is formed. Further, the lower part of the p-doped semiconductor 9 layer extends in the horizontal direction. Next, the layer of the n-doped semiconductor 9 spreads in the horizontal direction from the center so as to have the shape of the cross section 3. Furthermore, the entire layer of the p-doped semiconductor 8 extends in the horizontal direction. And it becomes the shape of the cross section 4, and this corresponds with the cross-sectional shape of an optical modulator mentioned above. The inside of the connection path 30 has a taper shape or an inverse taper shape from the shape of the p-doped semiconductor 8 of the cross section 1 to the layers of the p-doped semiconductor 8 and the n-doped semiconductor 9 and the dielectric layer 11 sandwiched between these layers. So that the width and / or height thereof gradually change to change to the layers of the p-doped semiconductor 8 and the n-doped semiconductor 9 in the cross section 4 and the dielectric layer 11 sandwiched between these layers. ing. Further, the optical modulator, the connection path 30 and the optical modulator are all covered with the oxide cladding 7.

図8、図9および図10に、本発明の接続路30において、凹凸形状を有するキャリア変調領域を有する前記した光変調器に適した形状になるように形成する方法の一例を示す。   8, 9 and 10 show an example of a method for forming the connection path 30 of the present invention so as to have a shape suitable for the above-described optical modulator having a carrier modulation region having an uneven shape.

図8(a)は、本発明の接続路30を形成するために用いるSOI基板の断面図である。このSOI基板は、基板3上に埋め込み酸化層2が積層され、さらにその上に100から1000nm(1μm)程度のシリコン層8が積層された構造からなる。光損失を低減するために、埋め込み酸化層2の厚さは1000nm(1μm)以上とした。この埋め込み酸化層2上のシリコン層8は、第1導電型を呈するように予めドーピング処理された基板を用いるか、あるいはイオン注入などで、リンまたはホウ素をシリコン表面層にドープ処理をした後、熱処理をしてもよい。図8(a)ではホウ素をドープしたと仮定し、シリコン層8をpドープ半導体とする。   FIG. 8A is a cross-sectional view of an SOI substrate used for forming the connection path 30 of the present invention. This SOI substrate has a structure in which a buried oxide layer 2 is laminated on a substrate 3 and a silicon layer 8 of about 100 to 1000 nm (1 μm) is further laminated thereon. In order to reduce optical loss, the thickness of the buried oxide layer 2 was set to 1000 nm (1 μm) or more. The silicon layer 8 on the buried oxide layer 2 is formed by using a substrate that has been previously doped so as to exhibit the first conductivity type, or by doping phosphorus or boron into the silicon surface layer by ion implantation or the like. Heat treatment may be performed. In FIG. 8A, it is assumed that boron is doped, and the silicon layer 8 is a p-doped semiconductor.

次に図8(b)に示すように、pドープ半導体8上に熱処理により10から30nm程度の熱酸化層12を形成し、さらにその上に低圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法などの製膜法によりSiNx層13を形成する。 Next, as shown in FIG. 8B, a thermal oxide layer 12 of about 10 to 30 nm is formed on the p-doped semiconductor 8 by heat treatment, and a film forming method such as a low pressure CVD (Chemical Vapor Deposition) method is further formed thereon. Thus, the SiN x layer 13 is formed.

次に図8(c)に示すように、SiNx層13をpドープ半導体8上に形成する凹凸形状の凹部と凸部の間隔に相当する間隔になるように、パターニングする。 Next, as shown in FIG. 8C, the SiN x layer 13 is patterned so as to have an interval corresponding to the interval between the concave and convex portions formed on the p-doped semiconductor 8.

次に図8(d)に示すように、図8(c)でパターニングされたSiNx層をマスクとして熱酸化処理を行い、マスクされていない部分のpドープ半導体8層にも熱酸化層14を形成させる。これらのプロセスは、LOCOS(local oxidation of semiconductor)プロセスと呼ばれ、CMOS加工プロセスでは一般的なプロセスであるが、100nm以下の微細加工時には、形状の制御が十分でない場合もある。したがって、LOCOSプロセスの代わりに、フォトレジストをマスクとして、反応性イオンエッチングなどの方法により、所望の表面の凹凸形状を形成することも有効である。 Next, as shown in FIG. 8 (d), thermal oxidation is performed using the SiN x layer patterned in FIG. 8 (c) as a mask, and the thermal oxide layer 14 is also applied to the undoped masked p-doped semiconductor 8 layer. To form. These processes are called LOCOS (Local Oxidation of Semiconductor) processes, which are common processes in CMOS processing processes. However, in the case of microfabrication of 100 nm or less, shape control may not be sufficient. Therefore, instead of the LOCOS process, it is also effective to form an uneven shape on a desired surface by a method such as reactive ion etching using a photoresist as a mask.

次にSOI基板をリン酸溶液に浸してSiNx層13と熱酸化層12、14を除去した後、図9(a)に示すように、熱処理を行い、pドープ半導体8の表面層に誘電体層11であるシリコン酸化層を形成する。誘電体層11は、シリコン酸化層、窒化シリコン層や、他のHigh−k絶縁層からなる少なくとも一層で良い。 Next, after immersing the SOI substrate in a phosphoric acid solution to remove the SiN x layer 13 and the thermal oxide layers 12 and 14, heat treatment is performed as shown in FIG. 9A to form a dielectric layer on the surface layer of the p-doped semiconductor 8. A silicon oxide layer which is the body layer 11 is formed. The dielectric layer 11 may be at least one layer made of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or another high-k insulating layer.

次に図9(b)に示すように、多結晶シリコン9をCVD法あるいはスパッタリング法により、誘電体層11上の表面の凹凸形状が十分に被覆するように製膜する。この時、誘電体層11の凹凸形状に起因して、同様の凹凸形状が多結晶シリコン9上にも形成される。このような多結晶シリコン9上の凹凸形状は、光信号が伝播した時の光散乱損失の原因となるため、CMP(chemical−mechanical polishing process)により平滑化することが望ましい。また、多結晶シリコン9は、第2導電型を呈するように、製膜中にドーピング処理するか、あるいは製膜後にイオン注入法などにより、ホウ素またはリンでドープ処理する(第1導電型の半導体層とは逆のものでドープ処理する)。図9(b)ではリンでドープ処理したと仮定し、多結晶シリコン9をnドープ半導体とする。   Next, as shown in FIG. 9B, a polycrystalline silicon film 9 is formed by CVD or sputtering so that the surface irregularities on the dielectric layer 11 are sufficiently covered. At this time, due to the uneven shape of the dielectric layer 11, the same uneven shape is also formed on the polycrystalline silicon 9. Such an uneven shape on the polycrystalline silicon 9 causes light scattering loss when an optical signal propagates, and therefore it is desirable to smooth it by CMP (chemical-mechanical polishing process). Further, the polycrystalline silicon 9 is doped during film formation so as to exhibit the second conductivity type, or after the film formation, is doped with boron or phosphorus by an ion implantation method or the like (first conductivity type semiconductor). Dope with the opposite of the layer). In FIG. 9B, it is assumed that phosphorus is doped, and polycrystalline silicon 9 is an n-doped semiconductor.

次に図9(c)に示すように、リブ形状の導波路となるように、反応性プラズマエッチング法などにより加工する。さらに、図9(d)に示すように、pドープ半導体8およびnドープ半導体9に隣接する領域に高濃度にドープ処理したp+ドープ半導体4およびn+ドープ半導体5を形成する。   Next, as shown in FIG. 9C, processing is performed by a reactive plasma etching method or the like so as to form a rib-shaped waveguide. Further, as shown in FIG. 9D, a p + doped semiconductor 4 and an n + doped semiconductor 5 that are highly doped are formed in regions adjacent to the p-doped semiconductor 8 and the n-doped semiconductor 9.

以上の方法を適宜用いれば、接続路の光導波路側端部から光変調器側端部までの接続路の成形を行うことができる。   If the above method is appropriately used, the connection path from the optical waveguide side end of the connection path to the optical modulator side end can be formed.

また、光変調器は、接続路30と一体成形されるため、光変調器の成形方法は、上記の図8および図9と同様である。   Further, since the optical modulator is formed integrally with the connection path 30, the method of forming the optical modulator is the same as that shown in FIGS.

本発明において用いられる光変調器における位相シフト量の光信号伝播方向の長さ依存を、第1導電型の半導体層表面に凹凸形状がある場合とない場合について調べた。凹凸形状の凹部と凸部の間隔は160nm以下とした。試験結果の一例を図10に示す。   The dependence of the phase shift amount on the optical signal propagation direction in the optical modulator used in the present invention in the optical signal propagation direction was examined in the case where the surface of the first conductivity type semiconductor layer had an uneven shape. The interval between the concave and convex portions having an uneven shape was set to 160 nm or less. An example of the test result is shown in FIG.

凹部と凸部の間隔がキャリア変調される厚みと同程度の160nm程度以下の凹凸形状を形成することにより、位相シフトが大きくなっていることから、光変調効率が改善されることが分かる。また、試験結果を示していないが、凹部から凸部までの高さに関しても、高さを大きくすることにより、光変調効率が改善された。   It can be seen that the light modulation efficiency is improved because the phase shift is increased by forming an uneven shape of about 160 nm or less, which is the same thickness as the carrier-modulated thickness between the concave and convex portions. Although the test results are not shown, the light modulation efficiency was improved by increasing the height from the concave portion to the convex portion.

また、本発明において用いられる光変調器の第1のシリコン半導体層表面に凹凸形状がある場合とない場合とについて、キャリア密度と光変調器の光変調の動作周波数帯域の関係を調べた。光変調の動作周波数帯域は、変調効率改善によるサイズ低減の効果と凹凸形状を設けることによる電気容量増加の影響とのトレードオフがある。凹凸形状の凹部と凸部の間隔が160nm以下であり、光信号電界が感じる実効的な屈折率をneff、光信号波長をλとした時、凹部から凸部までの高さがλ/neff以下である場合には光変調の動作周波数帯域は広くなった。 In addition, the relationship between the carrier density and the optical modulation operating frequency band of the optical modulator was examined for the case where the surface of the first silicon semiconductor layer of the optical modulator used in the present invention had an uneven shape. The operating frequency band of optical modulation has a trade-off between the effect of reducing the size by improving the modulation efficiency and the effect of increasing the electric capacity by providing the uneven shape. The distance between the concave and convex portions of the concave-convex shape is 160 nm or less, the effective refractive index felt by the optical signal electric field is n eff , and the optical signal wavelength is λ, the height from the concave portion to the convex portion is λ / n When it is less than eff , the operating frequency band of light modulation is widened.

図11に示す試験結果の一例からわかるように、キャリア密度を1018/cm3程度とすることにより、光変調の動作周波数帯域が10GHz以上となり、高速動作が可能である。 As can be seen from the example of the test results shown in FIG. 11, by setting the carrier density to about 10 18 / cm 3 , the operating frequency band of optical modulation becomes 10 GHz or more, and high-speed operation is possible.

また、上記に加えて、周波数帯域を改善するためには、キャリアの移動度や寿命が非常に重要である。特に、多結晶シリコン層におけるキャリアの移動度は、高速動作する上で課題として挙げられる。したがって、アニール処理による再結晶化により粒子径を大きくし、キャリア移動度を改善するか、あるいは第2導電型の半導体層に関して、エピタキシャル横方向成長(ELO)法などを用いて結晶品質を改善することが有効である。   In addition to the above, in order to improve the frequency band, carrier mobility and lifetime are very important. In particular, the carrier mobility in the polycrystalline silicon layer is a problem in high-speed operation. Therefore, recrystallization by annealing treatment increases the particle size and improves carrier mobility, or improves the crystal quality of the second conductivity type semiconductor layer by using an epitaxial lateral growth (ELO) method or the like. It is effective.

1 真性半導体
2 埋め込み酸化層
3 基板
4 p+ドープ半導体
5 n+ドープ半導体
6 電極コンタクト層
7 酸化物クラッド
8 pドープ半導体
9 nドープ半導体
11誘電体層
12熱酸化層
13SiNx
14酸化層
30接続路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Intrinsic semiconductor 2 Embedded oxide layer 3 Substrate 4 P + doped semiconductor 5 N + doped semiconductor 6 Electrode contact layer 7 Oxide cladding 8 P doped semiconductor 9 N doped semiconductor 11 Dielectric layer 12 Thermal oxide layer 13 SiN x layer 14 Oxide layer 30 Connection path

Claims (10)

第1導電型を呈するようにドープ処理された半導体層で形成された、光変調器の外部に設けられた光導波路と、光変調器とを接続する接続路第1導電型を呈するようにドープ処理された半導体層の少なくとも一部と第2導電型を呈するようにドープ処理された半導体層の少なくとも一部とが誘電体層を挟んで重なり合った光変調器とを有する光通信システムであって、
前記接続路の内部には、前記第1導電型の半導体層の少なくとも一部と第2導電型を呈するようにドープ処理された半導体層の少なくとも一部とが誘電体層を挟んで重なり合って設けられ、前記第1導電型の半導体層と、前記第2導電型の半導体層と、前記誘電体層とが、前記光変調器から前記光導波路に向かってテーパー形状または逆テーパー形状を有するように幅および/または高さが変化しており
前記光変調器は、前記第1導電型を呈する半導体層および前記第2導電型を呈する半導体層が前記誘電体層を挟んで重なり合った部分において、前記第1導電型の半導体層の表面は凹凸形状を有しており、前記凹凸形状の前記第1導電型の半導体層上に前記誘電体層が形成され、さらに前記誘電体層上に前記第2導電型の半導体層が形成された構成であり前記第1導電型の半導体層の表面が有している前記凹凸形状が、光信号の伝播方向に対して、平行な方向に形成されている、光通信システム
It formed in the semiconductor layer which is doped to exhibit a first conductivity type, to exhibit an optical waveguide provided outside the optical modulator, a connecting passage for connecting the optical modulator, the first conductivity type An optical communication system having an optical modulator in which at least a part of a semiconductor layer doped with a semiconductor layer and at least a part of a semiconductor layer doped to exhibit a second conductivity type overlap each other with a dielectric layer interposed therebetween There,
At least a part of the first conductivity type semiconductor layer and at least a part of the semiconductor layer doped so as to exhibit the second conductivity type overlap each other with a dielectric layer interposed therebetween in the connection path. The first conductive type semiconductor layer, the second conductive type semiconductor layer, and the dielectric layer have a tapered shape or a reverse tapered shape from the optical modulator toward the optical waveguide. width and / or height is changing,
In the optical modulator, the surface of the semiconductor layer of the first conductivity type is uneven at a portion where the semiconductor layer of the first conductivity type and the semiconductor layer of the second conductivity type overlap with each other with the dielectric layer interposed therebetween. The dielectric layer is formed on the first conductive type semiconductor layer having the concavo-convex shape, and the second conductive type semiconductor layer is further formed on the dielectric layer. An optical communication system in which the uneven shape of the surface of the first conductivity type semiconductor layer is formed in a direction parallel to the propagation direction of the optical signal .
前記接続路は、光導波路側端部では前記光導波路と同一の断面形状を有し、光変調器側端部では前記光変調器と同一の断面形状を有する、請求項1に記載の光通信システム2. The optical communication according to claim 1, wherein the connection path has the same cross-sectional shape as that of the optical waveguide at an end portion of the optical waveguide, and has the same cross-sectional shape as that of the optical modulator at an end portion of the optical modulator. System . 前記光変調器は、前記第1導電型の半導体層の表面が有している前記凹凸形状の凹部と凸部の間隔が、前記第1導電型の半導体層および前記第2導電型の半導体層のそれぞれの内部で自由キャリアが前記誘電体層の両側で蓄積、除去、または反転する領域の厚さWに対して、2W以下である、請求項1または2に記載の光通信システム。 In the optical modulator, the surface of the first conductive type semiconductor layer has an interval between the concave and convex portions having the concavo-convex shape. The first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer each internally accumulated on both sides of the free carriers said dielectric layer, removal, or the thickness W of the inversion region is less than 2W, optical communication system according to claim 1 or 2. 前記光変調器は、前記第1導電型の半導体層の表面が有している前記凹凸形状の凹部から凸部までの高さが、前記光変調器における光信号電界が感じる実効的な屈折率をneff、光信号波長をλとしたとき、λ/neff以下である、請求項からのいずれか1項に記載の光通信システム。 The optical modulator has an effective refractive index that the optical signal electric field in the optical modulator senses the height from the concave-convex concave portion to the convex portion of the surface of the first conductivity type semiconductor layer. The optical communication system according to any one of claims 1 to 3 , wherein n eff is equal to or less than λ / n eff , where n eff is an optical signal wavelength. 前記光変調器は、前記第1導電型の半導体層および前記第2導電型の半導体層が前記誘電体層を挟んで重なり合った部分を含む光信号が伝播する領域が、リブ導波路構造をしている、請求項からのいずれか1項に記載の光通信システム。 The optical modulator has a rib waveguide structure in which an optical signal including a portion where the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer overlap each other with the dielectric layer interposed therebetween has a rib waveguide structure. The optical communication system according to any one of claims 1 to 4 . 前記第1導電型の半導体層および前記第2導電型の半導体層が前記誘電体層を挟んで重なり合った部分を含む光信号が伝播する領域が、スラブ導波路構造をしている、請求項からのいずれか1項に記載の光通信システム。 Region where light signal of the first conductivity type semiconductor layer and the semiconductor layer of the second conductivity type comprises overlapped portions across the dielectric layer propagates has a slab waveguide structure, according to claim 1 5. The optical communication system according to any one of items 1 to 4 . 第1導電型を呈するようにドープ処理された半導体層で形成された、光変調器の外部に設けられた光導波路と、光変調器とを接続する接続路と、第1導電型を呈するようにドープ処理された半導体層の少なくとも一部と第2導電型を呈するようにドープ処理された半導体層の少なくとも一部とが誘電体層を挟んで重なり合った光変調器とを有する光通信システムの製造方法であり、
前記接続路の内部で、前記第1導電型の半導体層の少なくとも一部と第2導電型を呈するようにドープ処理された半導体層の少なくとも一部とを誘電体層を挟んで重なり合わせ、前記第1導電型の半導体層と、前記第2導電型の半導体層と、前記誘電体層とをテーパー形状または逆テーパー形状になるように成形するステップと、
前記光変調器の一部において、前記第1導電型の半導体層の表面に凹凸形状を光信号の伝播方向に対して、平行な方向に設け、前記凹凸形状の前記第1導電型の半導体層上に前記誘電体層を形成し、さらに前記誘電体層上に前記第2導電型の半導体層を形成することにより、前記第1導電型の半導体層および前記第2導電型の半導体層を前記誘電体層を挟んで重なり合わせるステップと、を含む、光通信システムの製造方法。
An optical waveguide provided outside the optical modulator, formed of a semiconductor layer doped so as to exhibit the first conductivity type, a connection path connecting the optical modulator, and the first conductivity type An optical communication system having an optical modulator in which at least a part of a semiconductor layer doped with a semiconductor layer and at least a part of a semiconductor layer doped so as to exhibit the second conductivity type overlap each other with a dielectric layer interposed therebetween Manufacturing method,
Inside the connection path, at least part of the semiconductor layer of the first conductivity type and at least part of the semiconductor layer doped so as to exhibit the second conductivity type are overlapped with a dielectric layer interposed therebetween, Forming a semiconductor layer of the first conductivity type, the semiconductor layer of the second conductivity type, and the dielectric layer so as to have a tapered shape or an inversely tapered shape ;
In a part of the optical modulator, an uneven shape is provided on the surface of the first conductivity type semiconductor layer in a direction parallel to the propagation direction of the optical signal, and the uneven shape of the first conductivity type semiconductor layer is provided. The dielectric layer is formed on the dielectric layer, and the second conductive type semiconductor layer is further formed on the dielectric layer, whereby the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer are formed on the dielectric layer. A method of manufacturing an optical communication system , comprising: overlapping with a dielectric layer interposed therebetween .
前記第1導電型の半導体層の表面が有している前記凹凸形状の凹部と凸部の間隔を、前記第1導電型の半導体層および前記第2導電型の半導体層のそれぞれの内部で自由キャリアが前記誘電体層の両側で蓄積、除去、または反転する領域の厚さWに対して、2W以下にする、請求項に記載の光通信システムの製造方法。 The interval between the concave and convex portions having the concavo-convex shape on the surface of the first conductive type semiconductor layer can be freely set inside each of the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer. 8. The method of manufacturing an optical communication system according to claim 7 , wherein carriers are set to 2 W or less with respect to a thickness W of a region where carriers accumulate, remove, or invert on both sides of the dielectric layer. 前記第1導電型の半導体層の表面が有している前記凹凸形状の凹部から凸部までの高さを、前記光変調器における光信号電界が感じる実効的な屈折率をneff、光信号波長をλとしたとき、λ/neff以下にする、請求項7または8に記載の光通信システムの製造方法。 The height from the concave-convex concave portion to the convex portion of the surface of the semiconductor layer of the first conductivity type is defined as an effective refractive index n eff , an optical signal electric field in the optical modulator, and an optical signal. The method of manufacturing an optical communication system according to claim 7 or 8 , wherein the wavelength is λ / n eff or less when the wavelength is λ. 前記接続路と前記光変調器は、一体成形で形成される、請求項からのいずれか1項に記載の光通信システムの製造方法。 The optical modulator and the connection passage is formed by integral molding, a manufacturing method of an optical communication system according to any one of claims 7 to 9.
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