高速半导体波导移相器制造技术

光学移相器（１００）包括包含核心区（１１６）和包含自由电荷（电子或空穴）的掺杂区（１１５ａ，１１５ｂ）的半导体波导（１０５），其可以被引入波导或从波导除去，光束（１５０）在该波导中传播。半导体结构（ＰＮ结１１２、１１４）允许对掺杂区中的自由电荷的量的控制，其构成势阱。当该阱被填充时，电荷加速光束传播，引入相位变化。当该阱是空的时，（在施加反向偏压到结１１２、１１４时），光束以额外的延迟传播。移相器允许利用低电压和低功率电子线路非常高速地调制光束。该装置可以利用标准硅加工技术制造，并且可以与其它光学部件例如分裂器和组合器集成以制造调幅器、衰减器和其它光学装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请基于并要求以下申请的优先权：美国临时专利申请号No.60/601,723，其于2004年8月16日被提交并且在此并入其全部内容作为参考；以及美国专利申请号No.11/161,744，其于2005年8月15日被提交并且在此并入其全部内容作为参考。
本专利技术涉及高速光通信领域，并且具体地说，涉及可以根据电信号改变光信号的相位的移相器装置。
技术介绍
经常通过对光束的强度进行调制来对光通信中的数据编码。可以通过结合选择性延迟的光束的复制与它本身来实现这种调幅。当光束的复制受到π弧度的相位延迟并且与原始光束结合时，发生相消干涉，产生最小输出强度。当光束的复制没有经受相位延迟时，发生相长干涉，产生最大输出强度。可以利用受电信号控制的光学移相器装置根据数据流选择性地延迟光束，由此根据该数据对输出光调幅。已经发展各种装置来调制光束的强度。铌酸锂(LiNbO3)调制器可以是快速的并且具有合理的电压需求，然而，它们不能单独偏振并且不适于驱动电子装置和光学部件的集成。集成的掺杂硅石波导，也被称为硅光具座部件，提供偏振独立性和高集成度，然而，它们的最高切换速度仅在1MHz范围内。半导体调制器(InP或GaAs)可以具有40GHz带宽；然而，利用这种技术不容易实现多通道和其它部件的偏振独立性和大量集成。由嵌入硅石中的硅波导构成的硅调制器允许大量集成；然而，至今的设计具有每一单位电压和长度的相当低 的相位变化，需要高的工作电压或大的装置。许多现有设计也消耗高度的静态功率，例如P-I-N装置，其为了维持稳定的载流子浓度而具有持续流过装置的电流。-->专利技术内容在根据本专利技术的装置的示范性实施例中，半导体波导在光束路径中包括至少一个区域，其可以在电信号的控制下被自由电荷载流子填充或者被耗尽了自由电荷载流子以选择性地使光束经受延迟。当该至少一个区域被填充了载流子时，这些载流子加速光束传播，由此使光束受到最小延迟。然而当该至少一个区域没有自由电荷载流子时，光束传播得更慢并且因此相对于最小延迟的条件被移相。通过调制掺杂波导的一个或多个部分形成该至少一个区域。当反向偏压施加到最接近该区域的PN结时，该至少一个区域被耗尽了自由电荷载流子。反向偏压的去除允许自由电荷载流子重新填充该区域。可以选择自由电荷载流子为电子或空穴。有利地，根据本专利技术的移相器装置可以以高速度、低光损耗、以及低电压和功耗来在宽范围内调制光束的相位。进一步有利地，根据本专利技术的装置可以被容易地设计以便以相同或不同的速率调制正交偏振的光束。本专利技术的装置适合于与其它部件例如波导、分裂器、组合器和集成的电子线路集成，并且可以利用实用的、可靠的和节省成本的制造方法来制造。附图说明图1是根据本专利技术的移相器装置的示范性实施例的截面。图2是图1的移相器装置的平面图。图3A和3B分别示出在没有施加和施加反向偏压的情况下说明跨越本专利技术的示范性装置的中心部分的静电电势的模拟结果；并且图3C是示出借助其模拟所预测的本专利技术的示范性移相器装置的操作速度的曲线图。图4A到4D示意性地示出制造根据本专利技术的示范性移相器装置的示范性工艺流程。图5示出根据本专利技术的移相器装置的另一个示范性实施例的截面。图6A到6C示出根据本专利技术的具有多个耗尽阱构造的移相器装置的另外的示范性实施例。-->图7示出根据本专利技术的移相器装置的另一个示范性实施例的截面。图8是并入移相器装置和可选的零移相器的典型调制器的示意图。具体实施方式在图1的截面中以及在图2的平面图中示出根据本专利技术的移相装置100的示范性实施例。所示的示范性装置在硅石(SiO2)的缓冲层120上使用硅肋波导110。肋105形成在硅肋波导110的上表面上。如图1和2中所示，硅肋波导110具有围绕N型重掺杂的内部区域114的P型重掺杂的外部区域112和基区113。该P型重掺杂的外部区域112向下延伸到P型重掺杂的基区113，而N型重掺杂的内部区域114向下部分地延伸到硅波导110中。给区域112和114提供接触以允许跨越那里施加电压，如下面更详细描述的。为防止漏电流，与制作彼此直接接触相反，重掺杂区112和114优选借助小的间隙被分开。如图1中所示，N型重掺杂区114围绕掺杂区域115a、115b，其被一般位于肋105之下的核心区116分开。在所示的示范性实施例中，区域115a、115b被P型掺杂为适中的浓度，如以下更详细描述的。与重掺杂区域112、114不同，区域115a、115b不被提供有电接触并且因此没有制造外部电接触。N型重掺杂区114、P型中等掺杂区域115a、115b和核心区116位于区域118之上。肋105、核心区116、以及区域118优选不掺杂或很轻微地掺杂。如图2中所示，光束的路径的截面，也称作“光模式”150，主要被限制在区域115a、115b和116，并且将有可能部分地向上延伸到肋105中并且向下延伸到区域118中。光模式150也可以有限程度地部分延伸到重掺杂区域中。光模式150的形状主要由波导的形状确定，包括肋105的宽度和高度。然而，光模式行进的速度将随着它行进所通过的区域中的自由载流子的浓度而变化。P和N区域112和114之间的PN结允许载流子被除去或添加到至少部分地位于光模式150中的区域115a和115b。在核心区116的任何一侧的适度掺杂的区域115a、115b提供聚集自由电荷载流子的-->势阱。在跨越PN结没有施加反向偏压的情况下，这些势阱充满载流子，在该实施例中是空穴。结果，通过装置的光束受到最小的延迟。当施加反向偏压时，即N型掺杂区114处于比P型掺杂区112和113高的电势，区域115a、115b中的载流子被耗尽。结果，通过装置的光束受到较大的延迟并且因此相对于最小延迟条件被移相。图1和2的示范性装置的各种特征的最佳尺寸将取决于多种考虑。例如，如以下所讨论的，阱区域115a、115b的宽度将影响耗尽载流子区域所需的反向偏置电压。在示范性实施例中，区域115a、115b大约为0.08μm宽。区域114以及115a、115b大约为0.3μm深，并且它们的底部在硅石层120之上大约为0.7μm。肋105的宽度大约为0.5μm并且装置100的长度大约为1.0mm。阱区域115a、115b与波导核心的最佳距离受竞争考虑的支配。这些阱越接近光模式150，则越多的光模式尾部将与区域114的重掺杂重叠，并且将存在更多的吸收损耗。阱从核心移开得越远，它们对传播速度的影响就越小。在示范性实施例中，每个阱115a、115b的边缘在肋105的最近的边缘的0.1μm之内，或在肋占位区域的内部或外部。阱区域115a、115b和重掺杂区域114的垂直高度被选择为大约0.1-1μm以允许与光模式150充分重叠，同时允许掩埋p型层113保持对阱的静电控制。除了前述的尺寸外，在设计根据本专利技术的装置中的其它考虑是自由载流子和它们的浓度的选择。尽管上述实施例使用空穴作为自由载流子，但是可以使用电子或者空穴。在设计电子为自由载流子的情况下，各种区域(112，114，115a、b)的掺杂极性需要反转。在更高的掺杂水平下，由阱的耗尽所引起的相位的变化更显著。然而增加掺杂浓度将需要更高的电压以实现载流子耗尽并且将增加波导中的吸收损耗。在增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学移相器装置，包括：波导，其中该波导包括：光模式部分，该光模式部分允许光束通过那里，以及掺杂区，其中该掺杂区包含自由电荷载流子并且与光模式部分重叠；以及半导体结构，其中该半导体结构根据外部的电控制来控制 掺杂区的自由电荷载流子含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-8-16 60/601,723;US 2005-8-15 11/161,7441.一种光学移相器装置，包括：波导，其中该波导包括：光模式部分，该光模式部分允许光束通过那里，以及掺杂区，其中该掺杂区包含自由电荷载流子并且与光模式部分重叠；以及半导体结构，其中该半导体结构根据外部的电控制来控制掺杂区的自由电荷载流子含量。2.如权利要求1所述的装置，其中掺杂区包括P型掺杂区并且自由电荷载流子包括空穴。3.如权利要求1所述的装置，其中波导的光模式部分包括核心区，该核心区基本上无掺杂剂，并且其中波导包括两个掺杂区，该两个掺杂区设置在核心区的相对侧上。4.如权利要求3所述的装置，其中波导包括围绕核心区的两个以上的掺杂区。5.如权利要求1所述的装置，其中波导的光模式部分包括核心区，该核心区与掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：DM吉尔，CK马森，CS拉费蒂，
申请(专利权)人：卢森特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]