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公開番号2023075026
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-05-30
出願番号2022144312
出願日2022-09-12
発明の名称横磁気偏光シリコンフォトニック変調器
出願人アロエセミコンダクターインク.
代理人個人
主分類G02F 1/025 20060101AFI20230523BHJP(光学)
要約【課題】より高い帯域幅および/またはより低い駆動電圧を達成することができるシリコンフォトニクスにおける新規な電気光学変調器を提供する。
【解決手段】シリコンフォトニック光変調器は、少なくとも1つの光入力と、該少なくとも1つの光入力に接続された少なくとも1つの光導波路とを含む。少なくとも1つの光導波路は、準横磁気(準TM)偏光を伝搬するように構成され、少なくとも1つの光導波路のそれぞれは、スラブ上に配置されたリブを含むリブ導波路として構成される。また、シリコンフォトニック光変調器は、少なくとも1つの光導波路内の準TM偏光に少なくとも1つの電界を印加するように構成された少なくとも1つの電極を含む。いくつかの実施形態では、リブ導波路の高さは、0.85λ/nより大きく(ここで、λは光の自由空間波長、nはシリコンフォトニック光変調器のシリコンの屈折率である)、リブ導波路の幅はスラブの厚さより大きい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも1つの光入力；
該少なくとも1つの光入力に接続され、準横磁気（準TM）偏光を伝搬するように構成された少なくとも1つの光導波路であって、少なくとも1つの光導波路のそれぞれがスラブ上に配置されたリブを含むリブ導波路として構成されている、該光導波路；および
該少なくとも1つの光導波路内の準TM偏光に少なくとも1つの電界を印加するように構成された少なくとも1つの電極
を備える、シリコンフォトニック光変調器。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記シリコンフォトニック光変調器は、前記少なくとも1つの光導波路が少なくとも1つの半導体接合ダイオードを備える、シリコンフォトニックデプレッション型変調器として構成され、
前記少なくとも1つの電極は、該少なくとも1つの半導体接合ダイオード内の前記準TM偏光に前記少なくとも1つの電界を印加するように構成されている、
請求項1に記載のシリコンフォトニック光変調器。
【請求項３】
前記リブ導波路内のTM偏光2次元（2D）導波モードの実効屈折率が、前記スラブ内の横電場（TE）偏光1次元（1D）導波モードの実効屈折率より大きい、請求項1に記載のシリコンフォトニック光変調器。
【請求項４】
前記リブの最も近い側壁から100nm以内にある前記スラブの第1の部分において、ドーピング濃度が、前記リブの前記最も近い側壁から100nmより離れた前記スラブの第2の部分と比較して、1cm
3
当たり10
17
超の活性ドーパントだけ増加する、請求項1に記載のシリコンフォトニック光変調器。
【請求項５】
前記リブの前記最も近い側壁から50nm～500nmの範囲内にある前記スラブの前記第1の部分において、前記ドーピング濃度が、前記リブの前記最も近い側壁からより離れた前記スラブの前記第2の部分と比較して、1cm
3
当たり5×10
17
～1×10
19
の範囲内の値の活性ドーパントだけ増加する、請求項4に記載のシリコンフォトニック光変調器。
【請求項６】
前記シリコンフォトニック光変調器は、前記少なくとも1つの光導波路を有するマッハツェンダー干渉計を備え、
前記少なくとも1つの光導波路が、（i）第1の半導体接合ダイオードを有する第1の光導波路と、（ii）第2の半導体接合ダイオードを有する第2の光導波路と、を備え、
前記シリコンフォトニック光変調器は、前記第1の半導体接合ダイオードと前記第2の半導体接合ダイオードとを接続する半導体領域をさらに備える、
請求項1に記載のシリコンフォトニック光変調器。
【請求項７】
前記第1の光導波路と前記第2の光導波路との間の距離が、前記シリコンフォトニック光変調器の長手方向の少なくとも一部において、500nm未満である、請求項6に記載のシリコンフォトニック光変調器。
【請求項８】
前記第1の半導体接合ダイオードは、第1のpドープ領域と、第1のnドープ領域を有し、
前記第2の半導体接合ダイオードは、第2のpドープ領域と、第2のnドープ領域を有する、
請求項6に記載のシリコンフォトニック光変調器。
【請求項９】
前記第1のpドープ領域は、前記第1の半導体接合ダイオードと前記第2の半導体接合ダイオードとを接続する前記半導体領域内の第3のpドープ領域を介して前記第2のpドープ領域に接続され、
前記第3のpドープ領域は、100Ω未満のインピーダンスを有する外部電圧接続なしで構成される、
請求項8に記載のシリコンフォトニック光変調器。
【請求項１０】
少なくとも1つの光入力；
該少なくとも1つの光入力から光を受け取るように構成された少なくとも1つの光導波路であって、前記少なくとも1つの光導波路のそれぞれは、スラブ上に配置されたリブを有するリブ導波路として構成されている、該光導波路；および
該少なくとも1つの光導波路内の光に少なくとも1つの電界を印加するように構成された少なくとも1つの電極、を備えるシリコンフォトニック光変調器であって、
該リブ導波路の高さは、0.85λ/n（ここで、λは光の自由空間波長、nは前記シリコンフォトニック光変調器におけるシリコンの屈折率である）より大きく、
該リブ導波路の幅は、該スラブの厚さより大きい、
前記シリコンフォトニック光変調器。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、シリコンフォトニクスにおける電気光学変調器に関するものである。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて、電気光学変調器は、光波形を変調して情報を伝達する基本的なメカニズムを提供する。一般に電気光学変調器は、電気信号によって提供されるデジタルデータなどの情報に応じて、光波形の1つ以上の特性を変更することによって動作する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の実施形態は、一般に、シリコンフォトニクスにおける電気光学変調器を対象とする。
【０００４】
1つの一般的な態様は、少なくとも1つの光入力と、該少なくとも1つの光入力に接続された少なくとも1つの光導波路とを含むシリコンフォトニック光変調器を含む。少なくとも1つの光導波路は、準横磁気（準TM）偏光を伝搬するように構成され、少なくとも1つの光導波路のそれぞれは、スラブ上に配置されたリブを含むリブ導波路として構成される。また、シリコンフォトニック光変調器は、少なくとも1つの光導波路内の準TM偏光に少なくとも1つの電界を印加するように構成された少なくとも1つの電極を含む。
【０００５】
実施形態には、以下の特徴のうちの1つ以上を含むことができる。少なくとも1つの光導波路が少なくとも1つの半導体接合ダイオードを含むシリコンフォトニックデプレッション型変調器として構成される、シリコンフォトニック光変調器。少なくとも1つの電極が、少なくとも1つの半導体接合ダイオード内の準TM偏光に少なくとも1つの電界を印加するように構成されている、シリコンフォトニック光変調器。リブ導波路内のTM偏光2次元（2D）導波モードの実効屈折率が、スラブ内の横電場（TE）偏光1次元（1D）導波モードの実効屈折率より大きい、シリコンフォトニック光変調器。リブの最も近い側壁から100nm以内にあるスラブの第1の部分において、ドーピング濃度が、リブの最も近い側壁から100nmより離れたスラブの第2の部分と比較して、1cm
3
当たり10
17
超の活性ドーパントだけ増加する、シリコンフォトニック光変調器。リブの最も近い側壁から50nm～500nmの範囲内にあるスラブの第1の部分において、ドーピング濃度が、リブの最も近い側壁からより離れたスラブの第2の部分と比較して、1cm
3
当たり5×10
17
～1×10
19
の範囲内の値の活性ドーパントだけ増加する、シリコンフォトニック光変調器。少なくとも1つの光導波路を含むマッハツェンダー干渉計をさらに含み、少なくとも1つの光導波路が、（i）第1の半導体接合ダイオードを含む第1の光導波路と、（ii）第2の半導体接合ダイオードを含む第2の光導波路と、を含むシリコンフォトニック光変調器。第1の半導体接合ダイオードと第2の半導体接合ダイオードとを接続する半導体領域をさらに含む、シリコンフォトニック光変調器。第1の光導波路と第2の光導波路との間の距離が、シリコンフォトニック光変調器の長手方向の少なくとも一部において、500nm未満である、シリコンフォトニック光変調器。第1の半導体接合ダイオードが、第1のpドープ領域と、第1のnドープ領域と、を含むシリコンフォトニック光変調器。第2の半導体接合ダイオードが、第2のpドープ領域と、第2のnドープ領域と、を含むシリコンフォトニック光変調器。第1のpドープ領域が、第1の半導体接合ダイオードと第2の半導体接合ダイオードとを接続する半導体領域内の第3のpドープ領域を介して第2のpドープ領域に接続されている、シリコンフォトニック光変調器。第3のpドープ領域は、100Ω未満のインピーダンスを有する外部電圧接続なしで構成される、シリコンフォトニック光変調器。
【０００６】
別の一般的な態様は、少なくとも1つの光入力と、少なくとも1つの光導波路と、を含むシリコンフォトニック光変調器を含む。少なくとも1つの光導波路は、少なくとも1つの光入力から光を受け取るように構成され、少なくとも1つの光導波路のそれぞれは、スラブ上に配置されたリブを含むリブ導波路として構成される。また、シリコンフォトニック光変調器は、少なくとも1つの光導波路内の光に少なくとも1つの電界を印加するように構成された少なくとも1つの電極を含む。リブ導波路の高さは、0.85λ/n（ここで、λは光の自由空間波長、nはシリコンフォトニック光変調器におけるシリコンの屈折率である）より大きい、シリコンフォトニック光変調器。リブ導波路の幅は、スラブの厚さより大きい、シリコンフォトニック光変調器。
【０００７】
実施形態には、以下の特徴のうちの1つ以上を含むことができる。リブ導波路の高さは、リブ導波路の幅よりも大きい、シリコンフォトニック光変調器。リブ導波路の高さは、320nm～500nmの範囲内である、シリコンフォトニック光変調器。リブ導波路の幅は、150nm～270nmの範囲内である、シリコンフォトニック光変調器。スラブの厚さは、50nm～140nmの範囲内である、シリコンフォトニック光変調器。光の自由空間波長が1310nmに等しい場合、リブ導波路の高さが330nm～370nmの範囲内である、シリコンフォトニック光変調器。リブ導波路の幅は、200nm～240nmの範囲内である、シリコンフォトニック光変調器。スラブの厚さは、70nm～110nmの範囲内である、シリコンフォトニック光変調器。少なくとも1つの光導波路が、第1のリブ導波路と、第2のリブ導波路と、を含む、シリコンフォトニック光変調器。第1のリブ導波路と第2のリブ導波路との間の距離が、500nm未満である、シリコンフォトニック光変調器。第1のリブ導波路の高さが、シリコンフォトニック光変調器の少なくとも一部において、第2のリブ導波路の高さより大きい、シリコンフォトニック光変調器。シリコンフォトニック光変調器の第1の部分において、第1のリブ導波路の高さは、第2のリブ導波路の高さよりも少なくとも40nmだけ大きい、シリコンフォトニック光変調器。シリコンフォトニック光変調器の第2の部分において、第2のリブ導波路の高さは、第1のリブ導波路の高さよりも少なくとも40nmだけ大きい、シリコンフォトニック光変調器。リブの最も近い側壁から100nm以内にあるスラブの第1の部分において、ドーピング濃度が、リブの最も近い側壁から100nmより離れたスラブの第2の部分と比較して、1cm
3
当たり10
17
超の活性ドーパントだけ増加する、シリコンフォトニック光変調器。
【０００８】
別の一般的な態様は、準横磁気（TM）偏光を変調する方法を含み、この方法は、入力された準TM偏光を少なくとも1つの光導波路に入力すること、および少なくとも1つの光導波路内の準TM偏光に少なくとも1つの電界を印加すること、を含む。
【０００９】
実施形態には、以下の特徴のうちの1つ以上を含むことができる。方法は、入力された準TM偏光を、第1の光導波路と第2の光導波路に分割すること、をさらに含む。また、方法は、第1の光導波路と第2の光導波路との間に100Ω未満のインピーダンスを介して、バイアス電圧を印加することなく、第1の光導波路内の準TM偏光と第2の光導波路内の準TM偏光との間の位相差を変調すること、を含み得る。また、方法は、第1の光導波路から出力された準TM偏光と第2の光導波路から出力された準TM偏光を合波すること、を含み得る。第1の光導波路内の準TM偏光と第2の光導波路内の準TM偏光との位相差が、第1の光導波路および第2の光導波路のそれぞれの半導体接合ダイオードの有限空乏領域を維持しながら変調される、方法。
【００１０】
本開示の主題の1つ以上の実施態様の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。主題の他の特徴、態様および利点は、詳細な説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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