JP2017529569A - 注入変調器 - Google Patents

Abstract

本発明は、とりわけ、光線（Ｐ）を変調するための注入変調器（１０）であって、光導波路（２０）と、ダイオード構造体（３０）とを含み、ダイオード構造体（３０）が、少なくとも２つのｐドープ半導体部分（１１０）と、少なくとも２つのｎドープ半導体部分（２１０）と、ｐドープおよびｎドープ半導体部分（１１０、２１０）間の少なくとも１つのわずかにドーピングされたまたはドーピングされていない中間部分（３００）とを有する、注入変調器（１０）に関する。ｐドープ半導体部分（１１０）は、− 導波路（２０）の長手方向（Ｌ）において見たときに − ｎドープ半導体部分（２１０）に対してオフセットされ、かつダイオード構造体（３０）は、導波路（２０）の共振のない部分に配置され、ここで、− 導波路減衰は別として − 導波路（２０）内で案内される光線（Ｐ）の光線強度は一定である。本発明によれば、ｐドープ半導体部分（１１０）は、− 導波路（２０）の長手方向（Ｌ）において見たときに、かつ導波路中心に対して − 導波路（２０）の一方の側に存在し、ｎドープ半導体部分（２１０）は、導波路（２０）の他方の側に存在し、かつ中間部分（３００）は、導波路中心の領域に存在し、各半導体部分（１１０、２１０）は、導波路長手方向（Ｌ）に対して横方向に、導波路（２０）の導波路中心の方向に延在し、およびｐドープ半導体部分（１１０）は、− 導波路（２０）の長手方向（Ｌ）において見たときに − ｎドープ半導体部分（２１０）の何れとも重ならない。【選択図】図１

Description

本発明は、光線を変調するための変調調整器に関する。

導波路と組み合わせた光信号の変調に関して、例えば通信技術、センサシステム、画像伝送等においてなど、複数の利用分野が存在する。特に半導体材料（例えばシリコン、ＩｎＰ、ＧａＡｓなど）に一体化される電気光学変調器は、ここで重要な役割を果たす。シリコン導波路をベースとする電気光学変調器は、ますます魅力的なものになっており、なぜなら、それらは、いわゆるオンチップ、チップツーチップ、ファイバ通信等の光ブロードバンド伝送にとって重要な構成要素を構成するからである。光接続を用いると、これまで一般的であった金属ベース接続と比較して、中程度のエネルギー消費で、これまでよりも大幅に広い帯域幅を得ることが可能である。

そのような伝送リンクの光変調器構成要素の様々な設計が知られている。最もよく知られている設計は、マッハツェンダー変調器（Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ．，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，１５，６６０，２００７）、リング共振器（Ｘｕ ｅｔ ａｌ．Ｎａｔｕｒｅ，４３５，３２５，２００５）およびファブリーペロー共振器（Ｓｃｈｍｉｄｔ ｅｔ ａｌ．，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，１６，３３４，２００８）である。

マッハツェンダー変調器は、高データ速度でのメッセージ伝送において使用されることが多い。マッハツェンダー変調器の主な利点は、広い光帯域、すなわち、変調されるべき光の波長の変化に対する変調器の高い許容度および（消光比の）高い達成可能な変調深さにある。

導波路ベースのマッハツェンダー変調器（Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ．Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，１５，６６０，２００７）において、光は変調器の少なくとも１つのアーム部分において電気光学材料を通過する。電気光学変調器の屈折率（または吸収）は、電圧を印加することによって変化させることができる。結果として、光波は、前記アーム部分で位相変化を経験する。位相変化が、変調器の他方のアーム部分を通過する光波に対してπ（またはπの奇数の整数倍）である場合、２つの波が重なるとき、弱め合う干渉がマッハツェンダー変調器の出力部で起こる。変調器は、強め合う干渉の状態と弱め合う干渉の状態との間で操作され得、振幅変調器とも呼ばれる。さらに、変調器の構造はまた、同じ振幅であるが異なる位相の状態間で操作され得、位相変調器とも呼ばれる。同様に、これらの状態の組合せ間で切り換えることも可能である。これは、一般に、シンボル（同じくより高い変調フォーマット）によって伝送可能なビットを増大するために使用される。πの位相変化を達成するために、光は、電気光学材料中、通常ミリメートルからセンチメートルの範囲の経路長さを通過しなければならない。マッハツェンダー変調器の前記経路長さ、従って最小構造長さは、電気光学効果の強度に依存する。

電気光学効果を発生させるために、半導体中、導波路内のまたはその近くの材料領域がドーピングされる。これに関して、例として、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）導波路において、ｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎダイオード構造体がドーピングによって形成される（Ｒｅｅｄ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，４，５１８，２０１０）。そのようなダイオード構造体を用いて、導波路内の電荷キャリア密度を、目標を定めた方法で変化させることができる。いわゆる自由キャリアプラズマ分散効果の結果として、これは導波路内の屈折率のおよび吸収挙動の変動をもたらす（Ｓｏｒｅｆ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，２３，１２３，２００４）。この場合、ダイオードに順方向に電圧を印加することによって、電荷キャリアを導波路に注入すること（注入とも称される）が可能であり、またはダイオードに逆方向に電圧を印加することによって、電荷キャリアを導波路から引き抜くこと（空乏とも称される）が可能である。

「空乏」原理による電気光学光変調器において、導波路コア自体は、ｐおよび／またはｎドープされる。光は、光導波路内の電荷キャリアの低減によって変調される。空乏変調器における電荷キャリアの引抜きによって、非常に高い変調速度が達成され得ることが知られている。しかしながら、導波路コアのドーピングは、高い吸収に、従って高い光の損失につながる。

Ｚ．−Ｙ．Ｌｉらによる刊行物（Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ １７，１５９４７，２００９）は、導波路に対してｐ−ｎ接合内の「空乏領域」の長さを伸ばすために使用可能な空乏変調器におけるｐ−ｎダイオードの交互のｐ−およびｎドープ領域を開示している。結果として、電気光学効果は増大され得、従って変調器の構造的寸法は低減され得る。変調器の変調速度をこの構成によって増大することはできない。

特許請求項１の前提部による特徴を有する注入変調器は、刊行物“ＣＭＯＳ ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ｆｕｌｌｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｉｎ ＳＯＩ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，Ｐ．Ｄａｉｎｅｓｉ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．６，Ｊｕｎｅ ２０００から知られている。

本発明は、高速で大きい変調効果と、同時に比較的低い光減衰とを達成することが可能な注入変調器を特定するという目的に基づく。

この目的は、特許請求項１で特許請求される特徴を有する注入変調器によって本発明により達成される。本発明による変調器の有利な構成は、従属項に特定される。

その結果、ｐドープ半導体部分が、− 導波路の長手方向において見たときに、かつ導波路中心に対して − 導波路の一方の側に存在し、ｎドープ半導体部分が導波路の他方の側に存在し、かつ中間部分が導波路中心の領域に存在し、半導体部分が、それぞれの場合に、導波路長手方向に対して横方向に、導波路の導波路中心の方向に延在し、およびｐドープ半導体部分が、− 導波路の長手方向において見たときに − それぞれの場合にｎドープ半導体部分との重なりがないことが本発明により提供される。

本発明による注入変調器の著しい利点は、ｐドープ半導体部分およびｎドープ半導体部分が、本発明によるそれらの配置の結果として、比較的高度にドーピングされ得、その結果、導波路において比較的強力な電気光学効果を達成することが可能であるという事実に見ることができる。この場合、それらの重ならない構成により、高度にドーピングされた半導体部分により引き起こされる追加的な減衰はごくわずかである。

ｐドープ半導体部分およびｎドープ半導体部分は、好ましくは、それぞれ並列に電気的に接続される。

導波路およびダイオード構造体の構成に関して、導波路が、導波する持ち上がった隆起部分と、隆起部長手方向において見たときに隆起部と平行に延びる２つの隣接するウェブ部分とを含む隆起導波路であり、ｐドープ半導体部分が、２つのウェブ部分の一方に配置され、ｎドープ半導体部分が、２つのウェブ部分の他方に配置され、および隆起部部分の少なくとも中心にｐおよびｎドープ半導体部分がない場合に特に有利であると考えられる。

変調領域における最小導波路減衰に関して、隆起部分全体にｐおよびｎドープ半導体部分がない場合に有利であると考えられる。

導波路領域における特に高い電界強度に関して、ｐドープ半導体部分が、ｐドープくし形構造の歯部分を形成し、その歯は導波路長手方向において互いに距離を置いて配置され、かつそれぞれの場合に、導波路の外側に配置された共通の接触接続部を起点にして、導波路長手方向に対して横方向に外側から、導波路の導波路中心の方向に延在し、およびｎドープ半導体部分が、ｎドープくし形構造の歯部分を形成し、その歯は導波路長手方向において互いに距離を置いて配置され、かつ導波路の外側に配置された共通の接触接続部を起点にして、それぞれの場合に、導波路長手方向に対して横方向に外側から、導波路の導波路中心の方向に延在する場合に有利であると考えられる。

好ましくは、隆起導波路は、導波層と、下にある下部クラッディング層とを含む。隆起導波路のそのような構成の場合、ｎドープ半導体部分のドーピングおよびｐドープ半導体部分のドーピングは、それぞれの場合に、隆起導波路の導波層の表面から下部クラッディング層まで延在する場合に有利である。

好ましくは、ｐドープ半導体部分の幅およびｎドープ半導体部分の幅は、それぞれの場合に、同じドーピングの隣接する半導体部分間の距離よりも小さく、そのような構成は、導波路内の導波路減衰を小さいものに維持する。特に好ましくは、半導体部分の幅と、隣接する半導体部分間の距離との間の比率は、１／４未満である。

半導体部分の構造および構成に関して、ｐドープ半導体部分が第１くし形構造の構成要素を形成し、およびｎドープ半導体部分が第２くし形構造の構成要素を形成する場合に有利であると考えられる。２つのくし形構造のくしの背骨部分は、好ましくは導波路と平行に整列され、かつ好ましくはそれぞれの場合に隆起導波路の持ち上がった隆起部分から距離を置いて存在する。

くしの背骨部分は、好ましくは、それぞれの場合に金属接触接続部によって形成されるか、または好ましくは少なくとも金属接触接続部も含む。接触接続部の下で、半導体材料は、好ましくは同じようにドーピングされる。例えばシリサイドから構成されるさらなる層が、接触接続部と半導体材料との間に配置され得る。

最小の導波路損失に関して、中間部分の領域のドーピングが非常に低い程度であり、その結果、弱くドーピングされたまたはドーピングされていない中間部分の真性電荷キャリア密度が、中間部分のドーピングよりも高い場合に有利であると考えられる。

変調領域の均一な変調を保証するために、注入変調器に共振器がなく、かつ導波路全体に共振がない場合に有利であると考えられる。

同様に、導波路長手方向における均一な変調に関して、ｐドープ半導体部分およびｎドープ半導体部分が、− 導波路の長手方向において見たときに − 隣接する半導体部分間の距離の半分だけ互いにオフセットされて配置される場合に有利であると考えられる。換言すると、ｐドープ半導体部分の少なくとも１つが、− 導波路の長手方向において見たときに − 斜め反対側に存在する２つのｎドープ半導体部分間の中心に配置され、およびｎドープ半導体部分の少なくとも１つが、− 導波路の長手方向において見たときに − 斜め反対側に存在する２つのｐドープ半導体部分間の中心に配置される場合に有利である。

注入変調器の１つの特に好ましい構造において、ｐドープ半導体部分が、ｐドープくし形構造またはその構成要素を形成し、かつｎドープ半導体部分が、ｎドープくし形構造またはその構成要素を形成することが提供される。ｐドープくし形構造は、好ましくは、導波路の一方の側に配置され、かつｎドープくし形構造は、導波路の他方の側に配置される。２つのくし形構造の歯は、好ましくはそれぞれの場合に、導波路の導波路中心の方向において整列される。ｐドープくし形構造の歯は、− 導波路の長手方向において見たときに − ｎドープくし形構造の歯との重なりがない。

導波路中心、好ましくは、導波路全体は、好ましくは歯がない。隆起導波路の場合、好ましくは隆起導波路の持ち上がった隆起部分全体に歯がない。

歯の構造に関して、歯の幅は、歯の長さより少なくとも４倍小さく、および隣接する歯間の距離より少なくとも４倍小さい場合に有利であると考えられる。

注入変調器の導波路は、好ましくは、ＭＺＩ（マッハツェンダー干渉計）構成を形成する。そのような構造の場合、ＭＺＩ構成のアーム部分の少なくとも１つが、電荷キャリアを注入するためのダイオード構造体を備える場合に有利であると考えられる。

代替的には、注入変調器の導波路は、リング変調器のリング内に配置され得る。

本発明は、上に記載したものなどの注入変調器と、光線源とを含む構成にさらに関する。

そのような構成の場合、ｐドープ半導体部分間の互いの間の距離およびｎドープ半導体部分間の互いの間の距離が、それぞれの場合に、光線源の光線の波長の半分超もしくは未満であるか、または前記半分の整数倍超もしくは未満である場合に有利である。光線の波長の半分超または未満である半導体部分間の距離は、ｐおよびｎドープ半導体部分の結果として、変調された導波路部分内に共振構成が起こることが不可能であること、および均一な変調が − 導波路長手方向において見たときに − 達成されることを保証する。

本発明は、光線を変調するための方法にさらに関し、ここで、注入ダイオード構造体を用いて、電荷キャリアが導波路の共振のない部分に注入され、ここで、− 導波路減衰は別として − 導波路内で案内される光線の光線強度が一定であり、または先に注入された電荷キャリアがそれから引き抜かれる。

本発明によれば、そのような方法に関して、少なくとも２つのｐドープ半導体部分と、少なくとも２つのｎドープ半導体部分と、ｐドープおよびｎドープ半導体部分間の少なくとも１つの弱くドーピングされたまたはドーピングされていない中間部分とを含むダイオード構造体を用いて、正孔の注入または引抜きが導波路の一方の側から実行され、かつ電子の注入または引抜きが導波路の他方の側から実行され、ｐドープ半導体部分は、− 導波路長手方向において見たときに、かつ導波路中心に対して − 導波路の一方の側に存在し、ｎドープ半導体部分は導波路の他方の側に存在し、かつ中間部分は導波路中心の領域に存在し、半導体部分は、それぞれの場合に導波路長手方向に対して横方向に、導波路の導波路中心の方向に延在し、
ｐドープ半導体部分は、− 導波路の長手方向において見たときに − それぞれの場合にｎドープ半導体部分に対してオフセットされ、かつｎドープ半導体部分に対して重なりがない。

本発明による方法の利点に関して、本発明による注入変調器に関連付けられる上の説明を参照すべきである。

以下、本発明を例示的な実施形態に基づいてより詳しく説明する。

図１は、注入変調器の１つの例示的な実施形態を示し、注入変調器中、注入ダイオード構造体のくし形構造が、変調されるべき導波路の外側に配置されている。 図２は、図１による注入変調器を断面で示す。 図３は、注入変調器の１つの例示的な実施形態を示し、注入変調器中、半導体部分が導波路の領域に延在する。 図４は、図３による注入変調器を断面で示す。 図５は、注入変調器の１つの例示的な実施形態を示し、注入変調器中、ダイオード構造体を用いて変調可能な導波路がマッハツェンダー干渉計構造を形成する。 図６は、注入変調器の別の例示的な実施形態を示し、注入変調器中、光導波路がマッハツェンダー干渉計構造を形成し、干渉計構造の両方のアーム部分がダイオード構造体を備えている。 図７は、リング共振器の１つの例示的な実施形態を示し、リング共振器中、導波路の共振のない部分がダイオード構造体を備えている。

図面中、明確にするために、同一または同等の構成要素には同じ参照符号が常に使用される。

図１は、光導波路２０とダイオード構造体３０とを含む注入変調器１０を示す。ダイオード構造体３０は、正孔注入用の第１くし形構造１００、図１の上部くし形構造と、電子注入用の第２くし形構造２００、図１の下部くし形構造とを含む。

第１くし形構造１００は、くしの背骨部分１２０から指状に突出する、導波路２０の方向に延在するｐドープ半導体部分１１０を備える。導波路２０の方向におけるｐドープ半導体部分１１０の延伸方向は、好ましくは、くしの背骨部分１２０の長手方向Ｌからまたは導波路２０の長手方向Ｌに対して垂直に突出する。くしの背骨部分１２０の長手方向Ｌおよび導波路２０の長手方向Ｌは、好ましくは平行である。導波路２０の長手方向Ｌは、その中で案内される光線の伝播方向に一致する。

離間した態様でおよび好ましくは互いに平行に配置されたｐドープ半導体部分１１０は、従って、くし形構造１００の歯を実例として形成し、その先端１１１は、ダイオード構造体３０が励起されると直ちに正孔を注入するように機能する。

第２くし形構造２００は、くしの背骨部分２２０の長手方向Ｌに対して垂直におよび導波路２０の長手方向Ｌに対して垂直にくしの背骨部分２２０から突出する、導波路２０の方向に延在するｎドープ半導体部分２１０を備える。ｎドープ半導体部分２１０は離間した態様でおよび好ましくは互いに平行に配置され、ダイオード構造体３０が作動する間、それらの先端２１１が導波路２０へまたは導波路２０から正孔を注入または引き抜くように機能する。

導波路２０内で案内される光線の均一な変調を達成するために、ダイオード構造体３０は、好ましくは、導波路２０の共振のない部分に配置され、ここで、− 導波路の減衰は別として− 導波路２０内で案内される光線Ｐの光線強度は少なくともほぼ一定である。

導波路２０内で案内される光線Ｐの均一な変調と同様に、図１による例示的な実施形態において、第１くし形構造１００のｐドープ半導体部分１１０が第２くし形構造２００のｎドープ半導体部分２１０に対してオフセットされることが提供される。好ましくは、このオフセットは、図１に示されるように、ｐドープ半導体部分１１０の先端１１１が、それぞれ場合に、ｎドープ半導体部分２１０の先端２１１間に存在し、およびｎドープ半導体部分２１０の先端２１１が、それぞれの場合に、ｐドープ半導体部分１１０の割り当てられた先端１１１間に存在するように選択される。

第１くし形構造１００のくしの背骨部分１２０は好ましくは、全体的にまたは少なくとも部分的に金属接触接続を提供されたｐドープ半導体部分によって形成される。くしの背骨部分２２０は、対応して好ましくは、全体的にまたは少なくとも部分的に金属接触接続を提供されたｎドープ半導体材料によって形成される。

図１による注入変調器１０は、例えば以下のように動作可能である。

導波路２０の領域に電荷キャリアを注入するために、順電圧が電圧または電流源Ｕを用いてダイオード構造体３０に印加され、その結果、ｐドープ半導体部分１１０の部分において、正孔が導波路２０の方向におよび第２くし形構造２００の方向に放出され、ｎドープ半導体部分２１０の部分において、導波路２０の方向におよびｐドープ半導体部分１１０の方向に電子が放出される。導波路２０の領域に注入された正孔および電子は導波路２０内の屈折率を修正し、その結果、位相変調、および − 電荷キャリアのために − 導波路２０内で案内される光線の特定の減衰が起こる。

変調の切換えをもたらすために、注入された電荷キャリアが導波路２０の領域から可能な限り速く引き抜かれるように意図されている場合、逆電圧が好ましくはダイオード構造体３０に印加され、その結果、導波路２０の領域に位置する正孔および電子は、第１くし形構造１００および第２くし形構造２００によって引き抜かれる。

図２は、図１による注入変調器１０を図１による断面線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図で示す。

導波路２０は、好ましくは導波層２１中に具現化された隆起した導波路であることを確認することができる。導波層２１は、下部クラッディング層２２上に配置され、下部クラッディング層２２は垂直方向に導波するために導波層２１よりも小さい屈折率を有する。

横方向導波のために、導波路２０は、− 導波路の長手方向において見られるように − 左右において２つのウェブ部分２４および２５によって隣接される隆起部分２３を備える。ウェブ部分２４および２５のウェブ高さは、隆起部分２３の高さよりも小さい。

図２は、ｐドープ半導体部分１１０およびｎドープ部分２１０の構成をさらに示す。選択された断面のために、ｐドープ半導体部分１１０のみが、示されている面内に位置し、従ってこの部分のみが実線で示されている。ｎドープ半導体部分２１０は、選択された目視方向に沿ってｐドープ半導体部分１１０の後方に間隔をあけて配置され、従って単に点線で示されている。

換言すると、図２において選択された線の種類は、ｐドープ半導体部分１１０およびｎドープ半導体部分２１０が同じ面内に位置せず、図１に関連して既に記載したように、互いにオフセットされるという事実を図で視覚化するために使用される。

図１および２による例示的な実施形態において、導波路２０内で案内される光線の最小限の減衰に関して、２つのくし形構造１００および２００の構成は、ｐドープ半導体部分１１０およびｎドープ半導体部分２１０の先端１１１および２１１がそれぞれ導波路２０の隆起部分２３の外側に常に存在するように選択される。

可能な限り効果的に電子および正孔を注入することに関連して、ｐドープ半導体部分１１０のドーピングおよびｎドープ半導体部分２１０のドーピングは、導波層２１の表面２１ａを起点にして、下部クラッディング層２２まで下方に延在するような方法で選択される。このドーピング深さは、導波路２０がウェブ部分２４および２５の全体ウェブ高さの領域において電荷キャリアで均一に満たされ得ることを保証する。

図３は、構造の点で図１および２による注入変調器１０に対応する注入変調器の１つの例示的な実施形態を示す。図１および２による注入変調器と対照的に、ダイオード構造体３０の２つのくし形構造１００および２００は、導波路２０のより近くに配置されている。これに関して、図３において、２つのくし形構造１００および２００のｐドープ半導体部分１１０およびｎドープ半導体部分２１０の先端１１１および２１１は、それぞれ真直ぐに導波路２０内へ突出することを確認することができる。２つのくし形構造１００および２００のくしの背骨部分１２０および２２０のみが導波路２０の外側に位置する。

ｐドープ半導体部分１１０とｎドープ半導体部分２１０との間のより短い距離のために、ダイオード構造体３０の作動中、導波路２０内のより高い電界強度、先に注入された電荷キャリアのより速い注入および引抜きの結果としてのより速い変調速度、および導波路２０内のより高い電荷キャリア密度を達成することが可能である。欠点は、導波路２０内の光線Ｐのより高い減衰であり、これは導波路２０に突出するｐドープ半導体部分１１０およびｎドープ半導体部分２１０の部分によってもたらされる、すなわち、これは、２つのくし形構造１００および２００の歯の端部が導波路減衰を増大するためである。

減衰を最小化するために、半導体部分１１０および２１０の幅ｂは、半導体部分間の距離Ａよりもかなり小さくなるように選択される。

その他の点に関して、図１および２に関連する説明は、図３による例示的な実施形態の事例に対応してあてはまる。

図４は、図３による注入変調器１０を断面線ＩＶ−ＩＶに沿って断面で示す。ｐドープ半導体部分１１０およびｎドープ半導体部分２１０はそれぞれウェブ部分２４および２５を起点にして導波路２０の隆起部分２３内へ真直ぐに延在することを確認することができる。それにもかかわらず、弱くドーピングされるまたはドーピングされていない中間構造部分３００が、半導体部分１１０および２１０間に残り、前記中間構造部分は半導体部分を互いに分離し、光線 − 光線の少なくとも主要部分 − は、前記中間構造部分内で案内される。

図４において、ｎドープ半導体部分２１０は、導波路長手方向に沿ってｐドープ半導体部分１１０に対してオフセットされていることを同じく確認することができる。これは、図４においてｎドープ半導体部分２１０の点線によって視覚化されている。

図５は、２つの干渉計アーム部分４１０および４２０を含むＭＺＩ変調器４００の１つの例示的な実施形態を示す。干渉計アーム部分の一方、例えば干渉計アーム部分４１０は、上で図１〜４において例として説明したようなものなどの注入変調器１０を備える。

注入変調器１０が励起されると、干渉計アーム部分４１０内で案内される光線の位相を、干渉計アーム部分４２０内で案内される光線の位相に対して変化させることが可能であり、その結果、振幅変調がＭＺＩ変調器４００の出力部で起こる。

図６は、ＭＺＩ変調器４００の１つの例示的な実施形態を示し、ＭＺＩ変調器４００中、両方の干渉計アーム部分４１０および４２０は、それぞれ上で図１〜４に関連して説明したようなものなどの注入変調器１０を備える。

図７は、リング変調器５００の１つの例示的な実施形態を示し、リング変調器５００中、導波路２０はリング共振器を形成する。図１〜４に関連して説明したようなものなどの注入変調器１０が、導波路２０の共振器のない部分に提供される。従って、上の説明が図７による変調器１０に対応して当てはまる。

本発明を、好ましい例示的な実施形態を用いてより具体的に説明し詳細に記載してきたが、本発明は開示される例に限定されず、当業者は、それらの例から、本発明の保護範囲から逸脱することなく他の変形形態を導き出すことができる。

１０ 注入変調器
２０ 導波路
２１ 層
２１ａ 表面
２２ クラッディング層
２３ 隆起部分
２４ ウェブ部分
２５ ウェブ部分
３０ ダイオード構造体
１００ 上部くし形構造
１１０ Ｐドープ半導体部分
１１１ 先端
１２０ くしの背骨部分
２００ 下部くし形構造
２１０ Ｎドープ半導体部分
２１１ 先端
２２０ くしの背骨部分
３００ 中間部分
４００ ＭＺＩ変調器
４１０ 干渉計アーム部分
４２０ 干渉計アーム部分
５００ リング変調器
Ａ 距離
ｂ 幅
Ｌ 長手方向
Ｐ 光線
Ｕ 電圧／電流源

Claims (15)

1. 光線（Ｐ）を変調するための注入変調器（１０）において、
   − 光導波路（２０）、および、
   − 少なくとも２つのｐドープ半導体部分（１１０）と、少なくとも２つのｎドープ半導体部分（２１０）と、前記ｐドープおよびｎドープ半導体部分（１１０、２１０）間の少なくとも１つの弱くドーピングされたまたはドーピングされていない中間部分（３００）とを含むダイオード構造体（３０）
   を含み、
   − 前記ｐドープ半導体部分（１１０）が、− 前記導波路（２０）の長手方向（Ｌ）において見たときに − 前記ｎドープ半導体部分（２１０）に対してオフセットされて配置され、および
   − 前記ダイオード構造体（３０）が、前記導波路（２０）の共振のない部分に配置され、ここで、− 導波路減衰は別として −前記導波路（２０）内で案内される前記光線（Ｐ）の光線強度が一定である、注入変調器（１０）において、
   − 前記ｐドープ半導体部分（１１０）が、− 前記導波路（２０）の前記長手方向（Ｌ）において見たときに、かつ導波路中心に対して − 前記導波路（２０）の一方の側に存在し、前記ｎドープ半導体部分（２１０）が前記導波路（２０）の他方の側に存在し、かつ前記中間部分（３００）が前記導波路中心の領域に存在し、
   − 前記半導体部分（１１０、２１０）が、それぞれの場合に、前記導波路長手方向（Ｌ）に対して横方向に、前記導波路（２０）の前記導波路中心の方向に延在し、および
   − 前記ｐドープ半導体部分（１１０）が、− 前記導波路（２０）の前記長手方向（Ｌ）において見たときに − それぞれの場合に前記ｎドープ半導体部分（２１０）との重なりがないことを特徴とする注入変調器（１０）。
2. 請求項１に記載の注入変調器（１０）において、
   − 前記導波路（２０）が、導波する持ち上がった隆起部分（２３）と、隆起部長手方向において見たときに前記隆起部分（２３）と平行に延びる２つの隣接するウェブ部分（２４、２５）とを含む隆起導波路であり、
   − 前記ｐドープ半導体部分（１１０）が、前記２つのウェブ部分（２４、２５）の一方に配置され、
   − 前記ｎドープ半導体部分（２１０）が、前記２つのウェブ部分（２４、２５）の他方に配置され、および
   − 前記隆起部分の少なくとも中心に前記ｐおよびｎドープ半導体部分（１１０、２１０）がないことを特徴とする注入変調器（１０）。
3. 請求項２に記載の注入変調器（１０）において、前記隆起部分（２３）全体に前記ｐおよびｎドープ半導体部分（１１０、２１０）がないことを特徴とする注入変調器（１０）。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の注入変調器（１０）において、
   − 前記ｐドープ半導体部分（１１０）が、ｐドープくし形構造（１００）の歯部分を形成し、その歯は前記導波路長手方向（Ｌ）において互いに距離を置いて配置され、かつそれぞれの場合に、前記導波路（２０）の外側に配置された共通の接触接続部を起点にして、前記導波路長手方向（Ｌ）に対して横方向に外側から、前記導波路（２０）の前記導波路中心の前記方向に延在し、および
   − 前記ｎドープ半導体部分（２１０）が、ｎドープくし形構造（２００）の歯部分を形成し、その歯は前記導波路長手方向（Ｌ）において互いに距離を置いて配置され、かつ前記導波路（２０）の外側に配置された共通の接触接続部を起点にして、それぞれの場合に、前記導波路長手方向（Ｌ）に対して横方向に外側から、前記導波路（２０）の前記導波路中心の前記方向に延在することを特徴とする注入変調器（１０）。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の注入変調器（１０）において、
   − 前記隆起導波路が、導波層（２１）と、下にある下部クラッディング層（２２）とを含み、および
   − 前記ｎドープ半導体部分（２１０）のドーピングおよび前記ｐドープ半導体部分（１１０）のドーピングが、それぞれの場合に、前記隆起導波路の前記導波層（２１）の表面（２１ａ）から前記下部クラッディング層（２２）まで延在することを特徴とする注入変調器（１０）。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の注入変調器（１０）において、
   − 前記ｐドープ半導体部分（１１０）の幅（ｂ）が、それぞれの場合に、隣接するｐドープ半導体部分（１１０）間の距離（Ａ）よりも小さく、および
   − 前記ｎドープ半導体部分（２１０）の幅（ｂ）が、それぞれの場合に、隣接するｎドープ半導体部分（２１０）間の距離（Ａ）よりも小さいことを特徴とする注入変調器（１０）。
7. 請求項２乃至６の何れか１項に記載の注入変調器（１０）において、
   − 前記ｐドープ半導体部分（１１０）が、第１くし形構造（１００）の構成要素を形成し、
   − 前記ｎドープ半導体部分（２１０）が第２くし形構造（２００）の構成要素を形成し、および
   − 前記２つのくし形構造（１００、２００）のくしの背骨部分（１２０、２２０）が、それぞれの場合に前記導波路（２０）と平行に整列され、かつそれぞれの場合に前記隆起導波路の前記持ち上がった隆起部分（２３）から距離を置いて存在することを特徴とする注入変調器（１０）。
8. 請求項７に記載の注入変調器（１０）において、前記くしの背骨部分（１２０、２２０）が、それぞれの場合に金属接触接続部によって形成されるか、または金属接触接続部を含むことを特徴とする注入変調器（１０）。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の注入変調器（１０）において、前記弱くドーピングされたまたはドーピングされていない中間部分（３００）のドーピングが、前記中間部分（３００）の真性電荷キャリア密度未満であることを特徴とする注入変調器（１０）。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の注入変調器（１０）において、共振器がなく、かつ前記導波路（２０）全体に共振がないことを特徴とする注入変調器（１０）。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の注入変調器（１０）において、
    − 前記ｐドープ半導体部分（１１０）の少なくとも１つが、− 前記導波路（２０）の前記長手方向（Ｌ）において見たときに − 斜め反対側に存在する２つのｎドープ半導体部分（２１０）間の中心に配置され、および
    − 前記ｎドープ半導体部分（２１０）の少なくとも１つが、− 前記導波路（２０）の前記長手方向（Ｌ）において見たときに − 斜め反対側に存在する２つのｐドープ半導体部分（１１０）間の中心に配置されることを特徴とする注入変調器（１０）。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の注入変調器（１０）において、
    − 前記ｐドープ半導体部分（１１０）が、ｐドープくし形構造（１００）またはその構成要素を形成し、かつ前記ｎドープ半導体部分（２１０）が、ｎドープくし形構造（２００）またはその構成要素を形成し、
    − 前記ｐドープくし形構造（１００）が、前記導波路（２０）の一方の側に配置され、かつ前記ｎドープくし形構造（２００）が、前記導波路（２０）の他方の側に配置され、および
    − 前記２つのくし形構造の歯が、それぞれの場合に、前記導波路（２０）の前記導波路中心の前記方向において整列されることを特徴とする注入変調器（１０）。
13. 請求項１乃至１２の何れか１項に記載の注入変調器（１０）において、
    − 前記導波路（２０）がＭＺＩ変調器（４００）を形成し、および
    − 前記ＭＺＩ変調器のアーム部分の少なくとも１つが、電荷キャリアを注入するためのダイオード構造体（３０）を備えることを特徴とする注入変調器（１０）。
14. 請求項１乃至１３の何れか１項に記載の注入変調器（１０）と、光線源とを含む構成において、前記ｐドープ半導体部分（１１０）間の互いの間の距離および前記ｎドープ半導体部分（２１０）間の互いの間の距離が、それぞれの場合に、前記光線源の前記光線（Ｐ）の波長の半分超もしくは未満であるか、または前記半分の整数倍超もしくは未満であることを特徴とする構成。
15. 光線（Ｐ）を変調するための方法であって、注入ダイオード構造体を用いて、電荷キャリアが導波路（２０）の共振のない部分に注入され、ここで、− 導波路減衰は別として − 前記導波路（２０）内で案内される前記光線（Ｐ）の光線強度が一定であり、または先に注入された電荷キャリアがそれから引き抜かれる、方法において、
    − 少なくとも２つのｐドープ半導体部分（１１０）と、少なくとも２つのｎドープ半導体部分（２１０）と、前記ｐドープおよびｎドープ半導体部分（１１０、２１０）間の少なくとも１つの弱くドーピングされたまたはドーピングされていない中間部分（３００）とを含むダイオード構造体（３０）を用いて、正孔の注入または引抜きが前記導波路（２０）の一方の側から実行され、かつ電子の注入または引抜きが前記導波路（２０）の他方の側から実行され、
    − 前記ｐドープ半導体部分（１１０）が、− 導波路長手方向（Ｌ）において見たときに、かつ導波路中心に対して − 前記導波路（２０）の一方の側に存在し、前記ｎドープ半導体部分（２１０）が前記導波路（２０）の他方の側に存在し、かつ前記中間部分（３００）が前記導波路中心の領域に存在し、
    − 前記半導体部分（１１０、２１０）が、それぞれの場合に前記導波路長手方向（Ｌ）に対して横方向に、前記導波路（２０）の前記導波路中心の方向に延在し、
    − 前記ｐドープ半導体部分（１１０）が、− 前記導波路（２０）の前記長手方向（Ｌ）において見たときに − それぞれの場合に前記ｎドープ半導体部分（２１０）に対してオフセットされ、かつ前記ｎドープ半導体部分（２１０）に対して重なりがないことを特徴とする方法。

Images