CN101622570B - 高速半导体光调制器 - Google Patents

高速半导体光调制器 Download PDF

Info

Publication number
CN101622570B
CN101622570B CN2007800519416A CN200780051941A CN101622570B CN 101622570 B CN101622570 B CN 101622570B CN 2007800519416 A CN2007800519416 A CN 2007800519416A CN 200780051941 A CN200780051941 A CN 200780051941A CN 101622570 B CN101622570 B CN 101622570B
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor
waveguide core
connecting paths
planar waveguide
doped
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2007800519416A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101622570A (zh
Inventor
道格拉斯·M·吉尔
克里斯托弗·Dw·琼斯
桑贾伊·尚蒂拉尔·帕特尔
马哈茂德·拉斯拉斯
尼尔斯·京特·魏曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nokia of America Corp
Original Assignee
Lucent Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lucent Technologies Inc filed Critical Lucent Technologies Inc
Publication of CN101622570A publication Critical patent/CN101622570A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101622570B publication Critical patent/CN101622570B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction
    • G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction
    • G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction
    • G02F1/0151—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction modulating the refractive index
    • G02F1/0152—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction modulating the refractive index using free carrier effects, e.g. plasma effect

Abstract

本发明提供了一种光波导调制器。在一个实施例中，光波导调制器包括：半导体平面光波导芯；以及掺杂半导体连接路径，与芯的相对侧相邻并能够在芯两端施加电压。光波导芯和连接路径形成具有背对背PN半导体结的结构。在另一实施例中，光波导调制器包括：包括脊形部分在内的半导体光波导芯，其中，有至少一个PN半导体结位于脊形部分中。光波导调制器还包括：一个或多个掺杂半导体连接路径，横向邻近脊形部分并能够向脊形部分施加电压。

Description

高速半导体光调制器
技术领域
本发明总体上涉及通信系统，更具体地，涉及一种光波导调制器和一种操作光波导的方法。
背景技术
当前基于硅(基于Si)的COMS兼容电光调制器一般地具有被限制在至多几千兆(GHz)的响应带宽(即，3dB带宽)。传统器件还具有不均匀的响应，其中，将器件激活所需的时间与将器件去激活所需的时间非常不同。这些器件传统上依赖于注入光波导中以产生高效光折射率变化的载流子。这需要向器件施加偏压，其中产生DC功耗。
因为载流子必须穿过在器件的欧姆接触之间的整个距离以便将器件激活和去激活，所以这些器件的响应速度也是有限的。由于在正向偏压的状态下，器件的响应速度受到跨过器件本征区的载流子的扩散速度的限制，所以会发生这种情况。此外，现有器件具有严格的带宽限制，并且产生与它们的光折射率的变化相对应的相对大的光损耗。
因此，本领域中所需要的是一种克服现有技术的某些限制的增强设计。
发明内容
为了解决现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种光波导调制器。在一个实施例中，光波导调制器包括：半导体平面光波导芯；以及位于与芯的相对侧相邻的位置并能够在芯的两端施加电压的掺杂半导体连接路径，其中，光波导芯和连接路径形成具有背对背PN半导体结的结构。在另一实施例中，光波导调制器包括：包括脊形部分在内的半导体光波导芯，其中，有至少一个PN半导体结位于该脊形部分中。光波导调制器还包括位于与脊形部分横向相邻的位置并能够向脊形部分施加电压的一个或多个掺杂半导体连接路径。
另一方面，本发明提供了一种操作半导体平面光波导的方法。该方法包括：将光信号发送至波导的半导体光波导芯中。该方法还包括：对在芯的宽度或高度两端施加的电压进行调制，使得当信号沿着芯传播时，对与背对背PN半导体结相邻的载流子密度进行调制，其中，每个PN半导体结的一部分位于芯中。
上述已概述了本发明的优选和可选特征，使得本领域技术人员可以更好地理解以下对本发明的详细描述。下文将描述本发明的附加特征，这些附加特征构成了本发明权利要求的主题。本领域的技术人员应当理解，本领域技术人员可以容易地使用所公开的构思和特定实施例，作为对用于实现与本发明相同的目的的其他结构进行设计或修改的基础。本领域的技术人员还应当意识到，这样的等同结构没有背离本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明，现在结合附图参照以下描述，在附图中：
图1示出了根据本发明原理构造的光波导调制器的示意图；
图2A是根据本发明原理构造的光波导调制器的实施例的截面图，其中，图中示出了在没有施加电压的情况下模拟的空穴载流子分布；
图2B是描述了图2A的光波导调制器200的等效电路的图；
图2C提供了针对不同的施加电压示出在图2A的光波导芯205中模拟调制空穴电荷浓度的截面图；
图3A是根据本发明原理构造的半导体光波导调制器的备选实施例的截面图；
图3B是根据本发明原理构造的半导体光波导调制器的另一实施例的截面图；
图4A提供了光波导调制器的备选实施例的截面图，其中，图A和图B示出了在没有施加电压的情况下模拟空穴和电子载流子在光芯中的分布；
图4B提供了图4A的调制器的附加截面图，该附加截面图针对不同的施加电压示出了对于调制后的电荷载流子在光波导芯405中的分布的模拟；
图5是根据本发明原理构造的半导体光波导调制器的实施例的截面图；以及
图6是根据本发明原理执行的、操作光波导的方法的流程图。
具体实施方式
这里，可以通过传统微制造方法根据不同的半导体(例如，硅或复合半导体)制造不同的半导体结构。
这里，可以利用一个或多个顶部光学覆盖层(例如石英玻璃层)来覆盖不同的光波导芯。
这里，电极可以是通过传统微制造方法由金属和或重掺杂半导体(例如，掺杂多晶硅)来制成的。
这里，在所描述的半导体结构中，正和负电荷载流子的最大引用浓度提供相应的p型和n型掺杂物的浓度的下限。
具体地，本发明的实施例非常适于通信系统或子系统的高速、高度集成、节约成本、大规模的应用。这种设计的COMS兼容性使其适于大量制造。在器件响应时间和非线性响应方面的显著改进使其适用于高比特率数字通信领域。波导的非线性响应还可以用于提高模拟传输应用的调制器线性度。
首先参照图1，图1示出了根据本发明原理构造的、一般由100表示的光波导调制器的示意图。光波导调制器100包括：半导体光波导芯105以及分别与第一和第二电极120、125接触的第一和第二导电连接路径110、115，即，重掺杂半导体路径。半导体光波导芯被配置为基于芯内的场激活区对穿过芯的光信号进行调制。芯提供场激活区，其中，所施加的电调制信号可以改变芯的折射率。所述电调制信号施加在第一和第二电极120、125之间。
由于电荷载流子仅需要穿过跨过欧姆接触之间的距离的部分路径，所以本发明实施例的响应时间明显比现有技术快。由于电荷迁移主要是场辅助的而并非必须依赖于载流子扩散，因此发生这种改进。此外，根据新设计的实施例不需要DC功耗，从而提供优于当前设计的功耗改进。
可以将本发明的实施例构造为：仅采用作为载流子的空穴而不是电子和空穴的组合来实现光调制。仅采用空穴可以显著地降低与波导中光折射率的变化相关联的光损耗。由于实施例可以采用物理对称并且电荷基本上不会混合，因此避免了电屏蔽问题，从而允许电荷移动成为场致的。
此外，半导体光波导调制器100的电光响应明显比传统方法更加非线性。对于数字应用，由于发送器或系统带宽限制，半导体光波导调制器100的响应的非线性可以用来减轻信号劣化。对于模拟应用，非线性可以用来消除调制器非线性，从而产生更加线性化的调制器响应。例如，该特征可以用来抵消从Mach-Zehnder调制器、环形谐振腔调制器或二者组合的本征响应得到的本征非线性调制器结构。
半导体光波导芯105可以掺杂一种类型的物质(施主或受主掺杂剂)。此外，可以在掺杂有例如相对类型物质(分别是受主或施主掺杂剂)的脊形波导附近构造欧姆接触。当没有向器件施加偏压时，这种结构在光波导芯105中提供可测量的电荷载流子。
然后可以通过第一和第二电极120、125来施加偏压，来对波导内电荷载流子的分布进行调制，这调制了器件的光学特性。这是可以在最小的AC功耗和没有DC功耗的情况下实现的。波导光学特性的调制然后可以用来对波导中光的光强或相位进行调制。
现在转向图2A，图2A示出了根据本发明原理构造的、一般由200表示的半导体光波导调制器的实施例的截面图。该截面图表示了可以通过如图1所示的光波导调制器100中心的截面。光波导调制器200包括半导体光波导芯205，半导体光波导芯205具有脊形区域以及与芯205的相对侧相邻的第一和第二重掺杂半导体连接路径210、215。调制器200还包括与相应的第一和第二重掺杂半导体连接路径210、215接触的第一和第二电极220、225。
在所示的实施例中，如所示的，半导体光波导芯205包括：背对背PN半导体结206、207，位于与光波导芯205的相对侧接近的位置。一般地，背对背PN半导体结可以位于光波导芯205中更为中心的位置，或者甚至不对称地位于光波导芯205中，这可以被认为有利于所采用的特定极性或电荷浓度。背对背PN半导体结206、207被配置为提供与所施加的电调制信号相对应的场激活区。
在所示的实施例中，半导体光波导芯205在脊形区域中包括P型掺杂剂，第一和第二导电连接路径210、215包括位于与其相邻位置的N型掺杂剂。然而，本领域技术人员将认识到，光波导芯205以及第一和第二导电连接路径210、215的其他实施例可以使这些极性反向，以相应地包括N型掺杂剂和P型掺杂剂。
在操作期间，光波导芯205在不同的空间区域中可以具有电荷浓度范围。图2A示出了针对零偏置条件的模拟空穴电荷载流子分布。波导中所示的电荷载流子浓度可以在从大约每立方厘米3×1015电荷的浓度到大约每立方厘米1×1018电荷的浓度的范围内。典型地，第一和第二导电连接路径210、215的实质部分是具有更高电荷载流子密度(在从大约每立方厘米1×1019到1×1020电荷的范围内)的重掺杂半导体。
现在转向图2B，图2B示出了可以针对图2A的光波导调制器200而采用的、一般由240表示的等效电路的图。等效电路240包括使第一和第二端子250a、250b相连接的第一和第二背对背半导体二极管245a、245b。与光波导调制器200的掺杂剂相对应来定向第一和第二背对背半导体二极管245a、245b。如所示的，电信号发生器255可以连接在第一和第二端子250a、250b之间。
电信号发生器255可以提供与具有零DC偏压的AC信号相对应的电调制信号。这种无DC偏置的AC信号将对穿过光波导芯205的光信号进行调制，以包含电调制信号频率两倍的频率，从而提供光信号中电调制的倍频。如果电调制信号提供DC偏置的AC信号，其中，DC偏置始终对于同一个PN半导体结进行反向偏置，不会存在光信号的倍频。
现在转向图2C，图2C示出了图2A的半导体光波导芯205中一般由260表示的调制后电荷载流子分布的模拟。图2C的截面图与半导体光波导芯205中针对电调制信号290的电荷浓度相对应。电调制信号290是在正负5伏之间切换的、不具有DC偏置的AC电压波形。在图2C中，将电调制信号290表示为代表第一和第二电极电压290a、290b的波形，其中，如所示的，第一和第二电极电压290a、290b的电压差与它们之间带有极性的电势差相对应。当然，一个电极可以实际上接地，而另一个电极采用它们之间带有相应极性的电势差。
截面图265示出了与跨过零伏的电调制信号290相对应的模拟对称电荷浓度，从而与针对光波导芯205的零偏置条件相对应。随着第一和第二电极电压290a、290b之间的电势差从零伏开始移动并向负10伏前进，半导体光波导芯205中的正电荷分布开始偏向其更负的第一电极。截面图270示出了光波导芯205中已达到高对称分布的模拟正电荷分布。该分布与在时刻t1分别达到了负5伏和正5伏电平的第一和第二电极电压290a、290b相对应。
然后，随着第一和第二电极电压290a、290b变成极性反向，截面图265的模拟对称电荷载流子浓度再次达到零偏压。随着第二和第一电极电压290b、290a之间的电势差从零伏开始移动并向负10伏前进(即，在沿着与之前相反的方向)，光波导芯205中的正电荷载流子分布开始偏向其更负第二电极。截面图280示出了光波导芯205中在t2时刻沿着反方向达到了高度对称电荷分布的模拟正电荷载流子分布。
在所示的实施例中，当再次达到零伏电平时，完成了电调制信号290的完整周期。截面图270、280各与穿过半导体光波导芯205的光信号的峰值调制相对应，从而针对电调制信号290的单个周期给出了光信号调制的两个周期。该动作因此在调制后的光信号中产生电调制信号的倍频。假定保持正或负偏压(即，不用跨过零伏)的电调制信号与调制后的光信号相对应，所述调制后的光信号具有与该电调制信号相同的调制频率。
现在转向图3A，图3A示出了根据本发明原理构造的、一般由300表示的半导体光波导调制器的可选实施例的截面图。该截面图表示可以通过如图1所示光波导调制器100中心的截面。光波导调制器300包括半导体光波导芯305，半导体光波导芯305具有脊型区域并且包含在半导体光波导芯305内形成背对背PN结311、312的交替掺杂区306、307、308。
在该实施例中，在半导体光波导芯305的两侧上示出了包含多个第一电极320的重掺杂半导体连接路径310。可选实施例可以仅采用包含一个电极320的一个重掺杂半导体连接路径310。如所示的，所示的实施例包括位于所示半导体光波导芯305上方的第二电极325。第一和第二电极320、32允许5垂直在半导体光波导芯305两端施加调制电压。当然，可以使掺杂极性反向以适于特定应用。
现在转向图3B，图3B示出了根据本发明原理构造的、一般由340表示的半导体光波导调制器的另一实施例的截面图。同样，该截面图表示通过如图1所示光波导调制器100中心的截面。如所示的，光波导调制器340包括具有脊部分并包含特殊掺杂区的半导体光波导芯345。
光波导调制器340采用背对背PN半导体结346、347，其中，如所示的，PN半导体结346包含在第一半导体板A与半导体光波导芯345的侧面之间。包含第一电极360的第一重掺杂半导体连接路径350与PN半导体结346相关联。PN半导体结347包含在第二半导体板B与半导体光波导芯345的顶部之间。包含第二电极360的第二重掺杂半导体连接路径355与PN半导体结347相关联。
光波导调制器340采用半导体光波导芯345的脊形部分，该脊形部分的高度比第一和第二板A、B的组合层的厚度大。光波导调制器340的操作类似于图2A的光波导调制器340。然而，该结构有利地将第一和第二电极360、365之间调制电压的场效应施加于半导体光波导芯345中的载流子浓度，从而提供增强的波导性能。
现在转向图4A，图4A示出了根据本发明原理构造的、一般由400表示的光波导调制器的可选实施例的截面图。如前所述，该截面图表示通过如图1所示光波导调制器100中心的截面。在图4A中，以相同实施例的两个图示(图示A和B)示出了单个光波导调制器400。图示A和图示B分别示出了在半导体光波导芯两端施加零电压时半导体光波导芯405中空穴载流子和电子的模拟示例分布。光波导调制器400包括半导体光波导芯405，半导体光波导芯405具有脊形区域以及第一和第二导电连接路径410、415(即，与光波导芯405的脊形区域的相对侧相邻的重掺杂半导体路径)。光波导调制器405还包括分别位于光波导芯405脊形部分的侧面并与该脊形区域相邻的第一和第二电极420、425。
半导体光波导芯405包括位于其脊形区域内部的PN半导体结406，即，PN半导体结的P型和N型侧均位于光波导芯405的脊形区域中。PN半导体提供对所施加的电调制信号作出响应的场激活区。尽管在可选实施例中PN半导体结406可以非对称地位于脊形区域中，但在所示的实施例中，PN半导体结406位于光波导芯405的中心。半导体光波导芯405中可以具有一定范围的电荷载流子分布。所示的电荷载流子分布是针对小的负偏压(例如，0.2伏)的。正和负中心电荷浓度407、408可以具有大约每立方厘米2×1017电荷的平均值，并可以减少至大约每立方厘米3×1015电荷的结面积电荷浓度，即，在结的电荷势垒区中。第一和第二重掺杂半导体连接路径410、415可以具有大约每立方厘米1×1019电荷的高电荷载流子浓度。
现在转向图4B，图4B是示出了光波导芯405中针对不同施加电压的调制后电荷载流子浓度的模拟(通常由450表示)的附加截面图。图4B的截面图与光波导芯405中针对提供反向偏压460的电调制信号的电荷浓度相对应。在不同图示中，反向偏压460在大约0.2伏和5伏之间切换，并且施加于光波导调制器400以始终对PN半导体结406进行反向偏置。
图示A和B同样示出了针对大约0.2伏反向偏压的相应空穴和电子电荷载流子分布的模拟。图示C和D示出了针对PN半导体结406两端5伏反向偏置的相应空穴和电子电荷载流子分布的模拟。光调制频率与电调制频率相同。
现在转向图5，图5示出了根据本发明原理构造的、一般由500表示的半导体光波导调制器的实施例的截面图。光波导调制器500的一般操作类似于图4A的光波导调制器400。然而，在结构上，如所示的，第一和第二本征半导体层530、535与光波导芯405脊形区域附近的重掺杂半导体路径中的每一个重掺杂半导体路径串联放置。可选地，绝缘材料可以用作层530、535并与光波导芯405脊形区域附近的重掺杂半导体路径中的每一个重掺杂半导体路径串联放置。
现在转向图6，图6示出了根据本发明原理执行的、一般由600表示的操作光波导(例如图2A、3A、3B、4A和5的装置)的方法的流程图。方法600可以一般地用于例如修改半导体光波导中的光信号，并始于步骤605。然后，在步骤610中，提供穿过半导体光波导芯的光信号，并且在步骤615中，由半导体光波导芯内的场激活区(即，电光激活区)来调制该光信号。
在一个实施例中，半导体光波导芯包括背对背PN半导体结，所述背对背PN半导体结位于与光波导芯的相对侧相邻的位置，提供场激活区，例如，如图2A所示的。背对背PN半导体结在半导体光波导芯中包括P型掺杂剂，该P型掺杂剂可以在光波导芯的至少一部分中提供零偏压条件下每立方厘米1×1015到8×1017载流子的电荷载流子浓度。该浓度取决于应用器件的几何形状和期望的驱动电压。相应地，在至光芯的连接路径中采用N型掺杂剂，其中，连接路径能够承载电调制信号。在所述连接路径中，在零偏压的条件下，平均电荷载流子浓度可以是至少每立方厘米1×1019载流子。
可选地，背对背PN半导体结可以在光波导芯中包括N型掺杂剂，并在对至/自光芯的电调制信号的电流予以承载的连接路径中包括P型掺杂剂。在这些实施例中，电荷载流子浓度可以具有类似的值和分布，除了空穴和电子浓度可以相互交换以外。此外，在一些实施例中，背对背PN半导体结中的至少一个还可以在PN半导体结区域中包括本征半导体或绝缘层，即，未掺杂的Si或石英玻璃层。
在另一实施例中，半导体光波导芯包括提供场激活区的PN半导体结，其中，该PN半导体结位于光波导芯的中心位置。光波导芯的至少一部分内的电荷载流子浓度是与零偏压条件相对应的大约每立方厘米2×1017载流子。相应地，至电调制信号的连接路径内的电荷浓度是与零偏压条件相对应的至少每立方厘米1×1019载流子。可选地，PN半导体结还可以在结中包括本征层，从而形成PIN结。
然后，在步骤620中，与电调制信号相对应调制场激活区。在一个实施例中，背对背PN半导体结合作产生光信号中电调制信号的倍频。这种情况发生在电调制信号可选地对每一个背对背PN半导体结加进行反向偏置时。如果在施加AC电调制信号期间对背对背PN半导体结连续处于反向偏置的条件，则不提供光信号中电调制信号的倍频。在对场激活区进行调制的同时单个PN半导体结保持连续反向偏置的实施例中，这也是适用的。在步骤625中，方法600结束。
尽管参照以特定顺序执行的特定步骤描述和示出了这里所公开的方法，但是将理解，在不背离本发明教导的前提下，可以对这些步骤进行组合、再划分或重新排序，以形成等同的方法。因此，除非这里特别指示，否则步骤的顺序或分组不限制本发明。
尽管详细描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不背离本发明广义形式上的精神和范围的前提下，可以进行各种改变、代替或修改。

Claims (9)

1.一种光调制器，包括：
半导体平面光波导芯，被配置为在一端接收输入光信号，在相对端输出调制后的光信号；
第一掺杂半导体连接路径和第二掺杂半导体连接路径，位于与半导体平面光波导芯的相对侧相邻的位置并能够当输入光信号通过半导体平面光波导芯传播时在半导体平面光波导芯上横穿输入光信号的传播方向施加电压；以及
电信号发生器，
其中，
半导体平面光波导芯以及第一掺杂半导体连接路径和第二掺杂半导体连接路径形成具有背对背PN半导体结对的结构；
半导体平面光导波芯形成背对背PN半导体结对中两个PN半导体结的一侧；并且
第一掺杂半导体连接路径和第二掺杂半导体连接路径、背对背PN半导体结对、以及电信号发生器是串联的。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述背对背PN半导体结对当中的至少一个PN半导体结还包括本征半导体层或绝缘层。
3.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述电信号发生器被配置为输出与具有零DC偏压的AC信号相对应的电调制信号。
4.一种操作半导体平面光导波的方法，包括：
通过以下步骤调制输入光信号：
将所述输入光信号发送至半导体平面光波导的半导体平面光波导芯的一端中；以及
对在半导体平面光波导芯的宽度或高度两端横穿输入光信号的传播方向施加的电信号发生器的电压输出进行调制，使得当信号沿着半导体平面光波导芯传播时对与背对背PN半导体结对相邻的载流子密度进行调制，所述电压是经由位于与半导体平面光波导芯的相对侧相邻的位置的第一掺杂半导体连接路径和第二掺杂半导体连接路径而施加的，所述背对背PN半导体结对是由第一掺杂半导体连接路径和第二掺杂半导体连接路径以及半导体平面光波导芯形成的，以及
从半导体平面光波导的半导体平面光波导芯的相对端输出调制后的光信号，
其中，
每个PN半导体结的一部分位于半导体平面光波导芯中；
半导体平面光波导芯形成背对背PN半导体结对中两个PN半导体结的一侧，并且
第一掺杂半导体连接路径和第二掺杂半导体连接路径、背对背PN半导体结对、以及电信号发生器是串联的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述调制后的光信号是以电信号发生器电压输出的调制频率的两倍而调制的。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述背对背PN半导体结对当中的至少一个PN半导体结还包括夹在掺杂半导体层之间的本征半导体层。
7.一种光调制器，包括：
半导体平面光波导芯，包括脊形区域，该半导体平面光波导芯被配置为在一端接收输入光信号以及在相对端输出调制后的光信号，有至少一个PN半导体结位于所述脊形区域中；
第一掺杂半导体连接路径和第二掺杂半导体连接路径，与脊形区域横向相邻并能够当光信号通过半导体平面光波导芯传播时在脊形区域上横穿光信号的传播方向施加电压，以及
电信号发生器，
其中，
所述脊形区域包括形成背对背PN半导体结对的NPN半导体层序列或PNP半导体层序列；
所述半导体平面光波导芯形成背对背PN半导体结对中两个PN半导体结的一侧，并且
第一掺杂半导体连接路径和第二掺杂半导体连接路径、背对背PN半导体结对、以及电信号发生器是串联的。
8.根据权利要求7所述的光调制器，还包括：绝缘层，位于每个掺杂半导体连接路径与脊形区域之间的位置。
9.一种光调制器，包括：
半导体平面光波导芯，被配置为在一端接收输入光信号，在相对端输出调制后的光信号；
第一N掺杂半导体连接路径，位于与半导体平面光波导芯的N型区域相邻的位置，以及第二P掺杂半导体连接路径，位于与半导体平面光波导芯的P型区域相邻的位置，所述N型区域位于第一N掺杂半导体连接路径与P型区域之间，所述P型区域位于第二P掺杂半导体连接路径与N型区域之间，所述第一N掺杂半导体连接路径与第二P掺杂半导体连接路径能够在半导体平面光波导芯上横穿输入光信号的传播方向施加电压，其中，
所述半导体平面光波导芯中包括由N掺杂区域和P掺杂区域形成的PN结；以及
本征半导体层或绝缘层位于第一N掺杂半导体连接路径与半导体平面光波导芯之间，并且
另一本征半导体层或绝缘层位于第二P掺杂半导体连接路径与半导体平面光波导芯之间。
CN2007800519416A 2007-03-01 2007-10-30 高速半导体光调制器 Expired - Fee Related CN101622570B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/681,070 2007-03-01
US11/681,070 US7672553B2 (en) 2007-03-01 2007-03-01 High speed semiconductor optical modulator
PCT/US2007/022945 WO2008105854A1 (en) 2007-03-01 2007-10-30 High speed semiconductor optical modulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101622570A CN101622570A (zh) 2010-01-06
CN101622570B true CN101622570B (zh) 2012-07-18

Family

ID=39046860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800519416A Expired - Fee Related CN101622570B (zh) 2007-03-01 2007-10-30 高速半导体光调制器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7672553B2 (zh)
EP (1) EP2132595B1 (zh)
JP (2) JP5551446B2 (zh)
KR (1) KR101158969B1 (zh)
CN (1) CN101622570B (zh)
WO (1) WO2008105854A1 (zh)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8488917B2 (en) * 2008-09-24 2013-07-16 Cornell University Electro-optic modulator
US8041158B2 (en) 2008-11-13 2011-10-18 Alcatel Lucent Multithickness layered electronic-photonic devices
US8548281B2 (en) * 2009-09-08 2013-10-01 Electronics And Telecommunications Research Institute Electro-optic modulating device
GB2477131A (en) * 2010-01-22 2011-07-27 Univ Surrey Electro-optic device
KR101683543B1 (ko) * 2010-02-08 2016-12-07 삼성전자 주식회사 벌크 실리콘 기판을 사용하는 변조기
US8842942B2 (en) * 2010-02-08 2014-09-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical modulator formed on bulk-silicon substrate
GB2477935A (en) * 2010-02-17 2011-08-24 Univ Surrey Electro-optic device with a waveguide rib
CN101907785B (zh) * 2010-06-11 2015-09-16 上海华虹宏力半导体制造有限公司 一种光调制器pn结的制作方法
US8358897B1 (en) * 2010-12-10 2013-01-22 Aurrion, Llc High index bonding layer for hybrid photonic devices
SG182132A1 (en) * 2010-12-29 2012-07-30 Agency Science Tech & Res An optical modulator and a method of forming the same
US8542954B2 (en) * 2012-02-01 2013-09-24 Kotura, Inc. Optical component having reduced dependency on etch depth
US9329415B2 (en) 2012-11-05 2016-05-03 Agency For Science, Technology And Research Method for forming an optical modulator
JP6020096B2 (ja) * 2012-11-30 2016-11-02 富士通株式会社 光変調器及び光送信器
US9625746B2 (en) 2012-12-11 2017-04-18 Acacia Communications, Inc. Silicon depletion modulators with enhanced slab doping
US10025120B2 (en) 2012-12-13 2018-07-17 Luxtera, Inc. Method and system for a low parasitic silicon high-speed phase modulator having raised fingers perpendicular to the PN junction
JP2014174306A (ja) * 2013-03-08 2014-09-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光導波路構造
FR3005512A1 (fr) * 2013-05-07 2014-11-14 St Microelectronics Sa Dephaseur electro-optique a faible coefficient d'absorption
US9939666B2 (en) * 2013-06-06 2018-04-10 Acacia Communications, Inc. Silicon electro-optical modulator
CN104583856B (zh) * 2013-08-23 2017-09-29 华为技术有限公司 一种光调制器和光信号发射装置
FR3018390A1 (fr) * 2014-03-10 2015-09-11 St Microelectronics Crolles 2 Dispositif de protection dynamique contre les decharges electrostatiques adapte aux dispositifs electro-optiques
WO2015180149A1 (zh) * 2014-05-30 2015-12-03 华为技术有限公司 电光调制器
US9929725B2 (en) * 2015-01-09 2018-03-27 Northwestern University System and method for anti-ambipolar heterojunctions from solution-processed semiconductors
US10514503B2 (en) * 2016-03-04 2019-12-24 The Governing Council Of The University Of Toronto System and method for manufacturing a semiconductor junction
CN107293601B (zh) * 2016-04-12 2021-10-22 朱江 一种肖特基半导体装置及其制备方法
CN106873192A (zh) * 2016-11-07 2017-06-20 北京交通大学 基于硅波导的电光超快空间调制器
WO2018136492A1 (en) * 2017-01-18 2018-07-26 Neophotonics Corporation Method and apparatus for phase-matched optical and rf wave propagations for semiconductor-based mzm modulators
JP6983590B2 (ja) * 2017-09-08 2021-12-17 技術研究組合光電子融合基盤技術研究所 光変調器及びその製造方法
JP6823619B2 (ja) * 2018-04-19 2021-02-03 日本電信電話株式会社 光変調器
CN109324428B (zh) * 2018-11-07 2021-11-12 三明学院 硅基电光调制器的调制臂长度设置方法及设备
US10962811B2 (en) * 2018-12-06 2021-03-30 Sifotonics Technologies Co., Ltd. Monolithic electro-optical modulator with comb-shaped transmission line
US10895764B1 (en) * 2019-10-24 2021-01-19 Veo, Inc. Dielectric electro-optic phase shifter
CN110955067B (zh) * 2019-12-12 2022-09-02 武汉邮电科学研究院有限公司 一种水平分层的脊形光波导器件的有源区结构及制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6298177B1 (en) * 1999-03-25 2001-10-02 Bookham Technology Plc Phase modulator for semiconductor waveguide
CN1764863A (zh) * 2003-03-25 2006-04-26 斯欧普迪克尔股份有限公司 高速硅基电光调制器
US7085443B1 (en) * 2003-08-15 2006-08-01 Luxtera, Inc. Doping profiles in PN diode optical modulators

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61148427A (ja) * 1984-12-24 1986-07-07 Hitachi Ltd 導波形光変調器
US5164797A (en) * 1988-06-17 1992-11-17 Xerox Corporation Lateral heterojunction bipolar transistor (LHBT) and suitability thereof as a hetero transverse junction (HTJ) laser
US4997246A (en) 1989-12-21 1991-03-05 International Business Machines Corporation Silicon-based rib waveguide optical modulator
JPH05158085A (ja) * 1991-12-05 1993-06-25 Fujitsu Ltd 光変調装置及びその製造方法
JPH07211936A (ja) * 1994-01-21 1995-08-11 Sony Corp 半導体装置
GB2323450A (en) * 1997-03-20 1998-09-23 Secr Defence Optical modulator
US6627785B1 (en) * 2000-02-29 2003-09-30 Virginia Commwealth University Wound dressings with protease-lowering activity
JP2002164352A (ja) * 2000-09-13 2002-06-07 Toshiba Corp バイポーラトランジスタ、半導体発光素子、及び半導体素子
GB2367187B (en) * 2000-09-21 2002-11-13 Bookham Technology Plc An isolation device
US7126169B2 (en) * 2000-10-23 2006-10-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor element
WO2003060599A2 (en) * 2001-12-27 2003-07-24 Bookham Technology Plc An in-line waveguide photo detector
US7116853B2 (en) * 2003-08-15 2006-10-03 Luxtera, Inc. PN diode optical modulators fabricated in rib waveguides
US7298949B2 (en) * 2004-02-12 2007-11-20 Sioptical, Inc. SOI-based photonic bandgap devices
KR100782395B1 (ko) * 2004-02-23 2007-12-07 쿄세라 코포레이션 세라믹 히터, 그것을 이용한 웨이퍼 가열장치 및 반도체 기판 제조방법
AU2005257982B8 (en) * 2004-06-16 2011-03-10 Jack Arbiser Carbazole formulations for the treatment of psoriasis and angiogenesis
US7280712B2 (en) 2005-08-04 2007-10-09 Intel Corporation Method and apparatus for phase shifiting an optical beam in an optical device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6298177B1 (en) * 1999-03-25 2001-10-02 Bookham Technology Plc Phase modulator for semiconductor waveguide
CN1764863A (zh) * 2003-03-25 2006-04-26 斯欧普迪克尔股份有限公司 高速硅基电光调制器
US7085443B1 (en) * 2003-08-15 2006-08-01 Luxtera, Inc. Doping profiles in PN diode optical modulators

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008105854A1 (en) 2008-09-04
JP6073753B2 (ja) 2017-02-01
JP5551446B2 (ja) 2014-07-16
EP2132595B1 (en) 2016-02-17
KR101158969B1 (ko) 2012-06-21
JP2010520506A (ja) 2010-06-10
JP2013238876A (ja) 2013-11-28
CN101622570A (zh) 2010-01-06
EP2132595A1 (en) 2009-12-16
US20080212913A1 (en) 2008-09-04
KR20090116769A (ko) 2009-11-11
US7672553B2 (en) 2010-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101622570B (zh) 高速半导体光调制器
CN101373280B (zh) 集成电光调制电路
KR101157374B1 (ko) Ｐｎ 다이오드를 사용하는 고속 실리콘 광 변조를 위한 방법 및 장치
CN101937135B (zh) 提高mzi电光调制器速度和效率的电极结构
US20100158426A1 (en) Electro-optic modulator
US8548281B2 (en) Electro-optic modulating device
KR20120026318A (ko) 광전 소자 및 그를 구비한 마흐-젠더 광변조기
CN105388638B (zh) 一种硅波导热光调节结构
Liu et al. Ultra-responsive phase shifters for depletion mode silicon modulators
CN110941108A (zh) 一种掺杂结构及光调制器
CN102636887B (zh) 一种马赫-曾德尔硅光调制器
CN108681109A (zh) 一种耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调制器
CN102566090B (zh) 一种光波导开关
CN103207464A (zh) 一种电光开关或光衰减器
CN105378548B (zh) 一种掺杂结构及其制作方法、电光调制器
CN202433633U (zh) 一种电光开关或光衰减器
CN109116589A (zh) 一种新型pin电光调制器结构
CN108490650A (zh) 周期性交错波导结构、以及电光调制结构和mzi结构
CN202563200U (zh) 一种马赫-曾德尔硅光调制器
CN211454149U (zh) 一种掺杂结构及光调制器
Zhu et al. High-Efficient Silicon Microring Modulator of 3D Omni-Junction Profile
Yang et al. Design of Traveling-Wave Electrode for Silicon Mach-Zehnder Electro-Optic Modulator
CN209118000U (zh) 一种低偏压大带宽电光调制器
Feng et al. Traveling-wave high-speed silicon modulator
CN117784454A (zh) 一种基于掺杂脊型光波导的高带宽soi调制器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120718

Termination date: 20181030