KR101453473B1 - 전기-광학 변조 소자 - Google Patents

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Abstract

전기-광학 변조 소자가 제공된다. 이 소자는 적어도 두 개의 측벽들을 갖는 수직 구조체가 형성된 광 도파로를 구비하되, 수직 구조체의 측벽들은 접합을 구성하는데 이용된다.

Description

전기-광학 변조 소자{Electro-Optic Modulating Device}
본 발명은 포토닉스 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기-광학 변조 소자에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-004-04, 과제명: 실리콘 기반 초고속 광인터커넥션 IC].
실리콘 포토닉스 기술은, 점차 대두되는 컴퓨팅 기기 내부의 심각한 열 문제, 반도체 칩간 데이터 통신에서의 병목 현상 등을 해결하는 대안적 기술로서, 그 중요성이 점차 증대되고 있다. 지난 몇 년간, 실리콘 포토닉스 기술에서의 큰 발전이 있었다. 예를 들면, 고속 실리콘 광변조기(fast silicon optical modulators), Si-Ge 광-검출기(SiGe photo-detectors), 실리콘 라만 레이저(silicon Raman lasers), 실리콘 광증폭기(silicon optical amplifiers), 실리콘 파장 변환기(silicon wavelength converters) 및 하이브리드 실리콘 레이저(hybrid silicon lasers)가 개발되어 왔다. 그럼에도 불구하고, 최근까지, 실리콘 변조기를 사용하여 구현된, 가장 빠른 데이터 전송 속도는 대략 10Gb/s였다. 차세대 통신 네트워크 및 미래의 고성능 컴퓨팅 기기들에서 요구되는 대역폭의 증가를 충족시키기 위해서는, 이보다 훨씬 더 빠른 변조 및 데이터 전송 특성을 구현하는 것이 필요하다.
상용화된 고속 광변조기는 대부분 리튬 니오베이트(lithium niobate) 및 III-V 반도체와 같은 전기-광학 물질들에 기초하고 있으며, (10Gb/s보다 훨씬 빠른) 대략 40Gb/s의 변조 특성을 제공하는 것으로 알려지고 있다. 이와 달리, 단결정 실리콘은 선형적인 전기-광학 특성(즉, 포켈스 효과; Pockels effect)을 갖지 않는 물질이면서 매우 약한 프란츠-켈디쉬 효과(Franz-Keldysh effect)를 보이는 물질이기 때문에, 실리콘에서 빠른 변조 특성을 구현하는 것은 어려웠다.
비록 스트레인드 실리콘(strained silicon)이 상기 포켈스 효과를 보인다는 것이 최근 알려졌지만, 측정된 전기-광학 계수는 LiNbO3에 비해 상대적으로 훨씬 작았다. 또한, 스트레인드 저메니움/실리콘저메니움 양자 우물 구조(strained Ge/SiGe quantum well structures)는 양자-속박 스타크 효과(Quantum Confined Stark Effect)에 의해 상대적으로 높은 전기-광학 흡수 특성을 갖는다는 것이 알려졌지만, 이를 구현하기 위해서는 여전히 여러 기술적 문제들(예를 들면, 스트레인 엔지니어링; strain engineering)이 해결돼야 한다.
현재까지 알려진 바로는, 실리콘에서의 고속 변조는 단지 자유 전하 플라즈마 분산 효과(free carrier plasma dispersion effect)를 통해서만 구현될 수 있다. 실리콘에서, 자유 전하 밀도 변화는 물질의 굴절률에서의 변화를 초래하며, 이에 따라 자유 전하 플라즈마 분산 효과에 기초한 실리콘 변조기의 변조 속도는 자유 전하들이 얼마나 빠르게 주입 또는 제거될 수 있는가에 의해 결정된다. 실리콘에서 상-변조(phase modulation)를 구현하기 위해 제안된 소자 구조(device configuration)는 크게 순-바이어스 피아엔 다이오드(forward biased p-i-n diode), 모스 커패시터(MOS capacitor) 및 역-바이어스 피엔 접합(reverse biased pn junction)의 세가지로 분류될 수 있다.
미국 등록 특허 번호 제5,908,305호에 예시적으로 개시된, 상기 순-바이어스 피아이엔 다이오드 방식은 높은 변조 효율을 제공할 수 있음이 증명되어 왔다. 하지만, 느린 전하 생성 과정 및 느린 재결합 과정 때문에, 전하 수명을 획기적으로 줄이지 못하는 한, 상기 순-바이어스 피아이엔 다이오드 방식은 변조 속도에서의 제약을 갖는다.
상기 모스 커패시터 및 역-바이어스 피엔 접합은 모두 잠재적으로는 10Gb/s 이상을 구현할 수 있는 전기장 유도 다수 전하 동역학(electric-field induced majority carrier dynamics)에 기초하고 있다. 하지만, 낮은 변조 효율 때문에, 이들 방식들은 긴 길이의 상-변조기를 필요로 한다. 이에 더하여, 미국 공개 특허 번호 2006/0008223호에 개시된 상기 역-바이어스 피엔 접합 방식의 경우, 상-변조를 위한 광도파로의 전 영역이 상당히 높게 도핑되기 때문에, 광도파 손실이 큰 기술적 문제가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제들 중의 하나는 고속, 고변조 효율, 소형, 낮은 전력 소모 및 낮은 광도파 손실 특성들을 제공하는 고성능 전기-광학 변조 소자를 제공하는 데 있다.
광 도파로 내에 국소적으로 도핑된 영역을 포함하는 전기-광학 변조 소자가 제공된다. 이 소자는 적어도 두 개의 측벽들을 갖는 수직 구조체가 형성된 광 도파로를 구비하며, 상기 수직 구조체의 측벽들은 접합(junction)을 구성하는데 이용된다.
일 실시예에 따르면, 상기 광 도파로의 두께는, 상기 광 도파로의 진행방향에 수직한 평면에 투영되는, 상기 수직 구조체의 측벽들의 길이의 합보다 작을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광 도파로는 제 1 슬랩 부분(first slab portion), 제 2 슬랩 부분(second slab portion) 및 상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들 사이에 개재되는 립 부분(rib portion)을 포함하는 슬랩 도파로 구조를 갖고, 상기 수직 구조체는 상기 립 부분 내에 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 광 도파로는 상기 제 1 슬랩 부분으로부터 연장되어 상기 수직 구조체의 일 측벽에 접하는 제 1 몸체 영역 및 상기 제 2 슬랩 부분으로부터 연장되어 상기 수직 구조체의 다른 측벽에 접하는 제 2 몸체 영역을 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들은 제 1 도전형이고, 상기 수직 구조체는, 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형을 갖는, 적어도 하나의 수직 도핑 영역을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들과 상기 수직 구조체는 한 쌍의 피엔 접합들(PN-junctions)을 구성하되, 상기 수직 구조체의 수직적 길이는 상기 제 1 슬랩 부분의 두께보다 크고 상기 광 도파로의 진행방향에 수직한 평면에 투영되는 상기 피엔 접합들의 길이 합의 절반보다 작을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 수직 도핑 영역과 제 1 회로를 전기적으로 연결하는 제 1 배선 구조체 및 상기 슬랩 부분과 제 2 회로를 전기적으로 연결하는 제 2 배선 구조체를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 회로들은 상기 피엔 접합들의 역-바이어스 동작을 위한 전위차를 생성하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 슬랩 부분은 제 1 도전형의 제 1 도핑 영역을 포함하고, 상기 제 2 슬랩 부분은 상기 제 1 도전형의 제 2 도핑 영역을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 광 도파로는 상기 제 1 도핑 영역으로부터 연장되어 상기 수직 구조체의 일 측벽에 접하는 제 1 몸체 영역 및 상기 제 2 도핑 영역으로부터 연장되어 상기 수직 구조체의 다른 측벽에 접하는 제 2 몸체 영역을 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들은 진성 반도체로 형성되고, 상기 수직 구조체는, 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형을 갖는, 적어도 하나의 수직 도핑 영역을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 도핑 영역, 상기 제 1 몸체 영역 및 상기 수직 구조체는 피아이엔 접합(PIN-junction)을 구성하고, 상기 제 2 도핑 영역, 상기 제 2 몸체 영역 및 상기 수직 구조체는 피아이엔 접합을 구성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 수직 도핑 영역과 제 1 회로를 전기적으로 연결하는 제 1 배선 구조체 및 상기 슬랩 부분과 제 2 회로를 전기적으로 연결하는 제 2 배선 구조체를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 회로들은 상기 피아이엔 접합들의 순-바이어스 동작을 위한 전위차를 생성하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들의 두께들은 각각 상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들의 두께들과 실질적으로 동일할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 수직 구조체는 복수의 수직 도핑 영역들 및 상기 수직 도핑 영역들 사이에 개재되는 적어도 하나의 내부 영역을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 내부 영역은 상기 수직 도핑 영역들과 다른 도전형을 갖는 내부 도핑 영역을 포함함으로써, 상기 수직 도핑 영역들과 피엔 접합(PN-junction)을 구성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 내부 영역은 한 쌍의 진성 영역들 및 상기 진성 영역들 사이에 개재되면서 상기 수직 도핑 영역들과는 다른 도전형을 갖는 내부 도핑 영역을 포함함으로써, 상기 수직 도핑 영역들과 적어도 두 개의 피아이엔 접합(PIN-junction)을 구성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 슬랩 부분은 제 1 도전형의 제 1 도핑 영역을 포함하고, 상기 제 2 슬랩 부분은 상기 제 1 도전형의 제 2 도핑 영역을 포함하되, 상기 내부 영역과 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들은 서로 다른 전압을 생성하는 회로들에 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 슬랩 부분은 제 1 도전형의 제 1 도핑 영역을 포함하고, 상기 제 2 슬랩 부분은 상기 제 1 도전형의 제 2 도핑 영역을 포함하되, 상기 내부 영역과 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들은 서로 전기적으로 연결되어 등전위 상태에 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 슬랩 부분은 제 1 도전형의 제 1 도핑 영역을 포함하고, 상기 제 2 슬랩 부분은 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형의 제 2 도핑 영역을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 수직 구조체는 상기 제 2 도전형을 가지면서 상기 제 1 슬랩 부분에 인접하게 형성되는 제 1 수직 도핑 영역 및 상기 제 1 도전형을 가지면서 상기 제 2 슬랩 부분에 인접하게 형성되는 제 2 수직 도핑 영역을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광 도파로 아래에 배치되는 매몰 절연막을 더 포함하되, 상기 광 도파로는 상기 매몰 절연막의 상부면을 노출시키는 측벽을 갖도록 형성되는 채널 도파로 구조일 수 있다.
본 발명에 따르면, 광 도파로 내에 복수의 수직적 피엔 접합들 또는 복수의 수직적 피아이엔 접합들이 형성된 전기-광학 변조 소자가 제공된다. 상기 피엔 접합들 또는 상기 피아이엔 접합들에 의해, 소자 동작 시, 유효 굴절률의 변화가 증대될 수 있기 때문에, 고속, 고변조 효율, 소형, 저 광도파 손실, 저전력 소모 특성을 갖는 고성능 광변조기가 구현될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다.
도 1c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다.
도 2c는 본 발명의 제 1 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 2 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다.
도 3c는 본 발명의 제 2 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 제 3 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도이다.
도 5b는 본 발명의 제 3 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 4 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다.
도 6c는 본 발명의 제 4 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 제 5 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도이다.
도 7b는 본 발명의 제 5 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제 6 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 광 송신기 및 광 수신기를 포함하는 광학 시스템의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 12는 도 11의 광학 장치로서 채용될 수 있는 광 변조기의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막을 다른 영역 또는 막과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.
[제 1 실시예 ]
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다. 도 1c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일(net doping profile)을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 1c는 도 1a 및 도 1b의 점선 I-I'을 따라 보여지는 순-도핑 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 기판(10) 상에 광 도파로(WG)를 구성하는 반도체막(30)이 배치된다. 상기 광도파로(WG)는 제 1 슬랩 부분(SP1), 제 2 슬랩 부분(SP2) 및 이들 사이에 배치되는 립 부분(RP)을 포함하는 슬랩 도파로 구조일 수 있으며, 상기 립 부분(RP)은 상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들(SP1, SP2)보다 큰 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반도체막(30)은 단결정 실리콘으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 반도체막(30)은, 상기 기판(10)과 함께, 에스오아이 웨이퍼를 구성할 수 있다. 이 경우, 도시된 것처럼, 상기 기판(10)과 상기 반도체막(30) 사이에는 매몰 절연막(20)이 배치될 수 있다. 상기 매몰 절연막(20)은 상기 반도체막(30)보다 낮은 굴절률을 갖는 절연성 물질(예를 들면, 실리콘 산화막)으로 형성됨으로써, 상기 광 도파로(WG)의 클래드층으로 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명의 기술적 사상이 이러한 웨이퍼 구조 또는 박막의 종류에 한정되는 것은 아니다.
상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들(SP1, SP2) 각각에는 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)이 형성될 수 있고, 상기 립 부분(RP)에는 수직 구조체를 구성하는 수직 도핑 영역(50)이 형성될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)은 제 1 도전형이고, 상기 수직 도핑 영역(50)은 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)이 p형일 경우, 상기 수직 도핑 영역(50)은 n형일 수 있다. 또는, 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)이 n형일 경우, 상기 수직 도핑 영역(50)은 p형일 수 있다.
또한, 이 실시예에 따르면, 상기 제 1 도핑 영역(D1)과 상기 수직 도핑 영역(50) 사이에 개재된 상기 광 도파로(WG)의 일 부분(이하, 제 1 몸체 영역(B1))은 상기 제 1 도핑 영역(D1)과 동일한 도전형(즉, 상기 제 1 도전형)일 수 있다. 즉, 상기 제 1 몸체 영역(B1)은 상기 수직 도핑 영역(50)과 다른 도전형으로 도핑될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 몸체 영역(B1)과 상기 수직 도핑 영역(50)은 도 1c에 도시된 것처럼 피엔 접합(PN-junction)을 구성할 수 있다. 유사하게, 상기 제 2 도핑 영역(D2)과 상기 수직 도핑 영역(50) 사이에 개재된 상기 광 도파로(WG)의 다른 부분(이하, 제 2 몸체 영역(B2))은 상기 수직 도핑 영역(50)과 다른 도전형으로 도핑됨으로써, 상기 제 2 몸체 영역(B2)과 상기 수직 도핑 영역(50) 역시 피엔 접합을 구성할 수 있다.
도 1a를 참조하면, 상기 수직 도핑 영역(50)은 그 바닥면이 상기 매몰 절연막(20)의 상부면에 접촉하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 수직 도핑 영역(50)의 두께는 상기 립 부분(RP)의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 이 경우, 도시된 것처럼, 상기 제 1 몸체 영역(B1)과 상기 제 2 몸체 영역(B2)은 상기 수직 도핑 영역(50)에 의해 서로 분리될 수 있다. 또한, 상기 수직 도핑 영역(50)은 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)에 의해 정의되는 두 피엔 접합들의 공통 전극으로 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 몸체 영역(B1), 상기 수직 도핑 영역(50) 및 상기 제 2 몸체 영역(B2)은 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 도핑 영역(D1)과 상기 제 2 도핑 영역(D2)은, 도시된 것과 달리, 서로 다른 전압을 생성하는 서로 다른 회로들에 접속될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 수직 도핑 영역(50)의 두께는 상기 립 부분(RP)의 두께보다 작을 수 있다. 이 경우, 도시된 것처럼, 상기 제 1 몸체 영역(B1)은 상기 수직 도핑 영역(50)의 아래에서 상기 제 2 몸체 영역(B2)에 연결될 수 있다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)에 의해 구성되는 피엔 접합들은 상기 수직 도핑 영역(50) 아래에서 연결될 수 있다. 이 경우, (상기 립 부분(RP)의 진행 방향과 교차하는 소정의 평면 상에 투영되는) 상기 연결된 피엔 접합의 길이는 상기 수직 도핑 영역(50)의 길이의 두 배보다 길 수 있다.
한편, 도 1a 및 도 1b는 상기 광 도파로(WG)의 진행 방향을 가로지는 평면들 중의 하나에 투영된 전기-광학 변조 소자의 단면을 도시하는 단면도들일 뿐, 본 발명에 따른 전기-광학 변조 소자가 광 도파로 전체에 걸쳐 도시된 구조를 갖는다는 것을 보이기 위해 제공된 것이 아니다. 즉, 본 발명에 따른 전기-광학 변조 소자는 도면들에 도시된 단면 구조와 같이 형성되는 부분을 포함하지만, 그것의 모든 부분들이 도시된 단면 구조와 같이 형성될 필요는 없다. 예를 들면, 상기 광 도파로(WG)의 일부분에서, 상기 제 1 몸체 영역(B1)은 상기 제 2 몸체 영역(B2)에 직접 접촉하는 부분을 가질 수도 있다.
이에 더하여, 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)은 각각 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)과 동일한 도전형이면서 이들보다 더 높은 농도로 도핑될 수 있다. 또한, 도 1c에 도시된 것처럼, 상기 수직 도핑 영역(50)은 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)과 다른 도전형이면서 이들보다 더 높은 농도로 도핑될 수 있다. 비록, 도 1c에는, 어브럽트 접합 구조(abrupt junction structure)가 예시적으로 도시되었지만, 상기 수직 도핑 영역(50) 그리고 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2) 각각의 농도 프로파일은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 상기 피엔 접합들은 선형적으로 경사진 접합 구조(linearly graded junction structure)로서 구현될 수도 있다.
이 실시예에 따르면, 상기 수직 도핑 영역(50)은 제 1 배선 구조체(91)를 이용하여 제 1 전압(V1)을 생성하는 제 1 회로(C1)에 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)은 제 2 배선 구조체(92a, 92b)를 이용하여 제 2 전압(V2)을 생성하는 제 2 회로(C2)에 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전압(V1) 및 상기 제 2 전압(V2)은 각각 변조 전압 및 접지 전압일 수 있다. 이에 따라, 상기 수직 도핑 영역(50)과 상기 제 1 및 제 2 몸체부들(B1, B2) 사이에는, 상기 제 1 전압(V1)에 의해 결정되는, 소정의 전위 차가 생성될 수 있다. 상술한 것처럼, 상기 수직 도핑 영역(50)의 양쪽 측벽이 모두 피엔 접합을 구성하는데 이용되기 때문에, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자는, 종래 기술들에서 제안되었던 방식들에 비해, 증가된 유효 굴절률의 변화를 유발할 수 있다. 예를 들면, 이 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자는 미국특허공개번호 제2006/0008223호에 개시된 방식에 비해 대략 2배의 유효 굴절률 변화를 유발할 수 있다. 유효 굴절률 변화에서의 이러한 증가는 증가된 위상 천이를 얻는 것을 가능하게 하거나, 광 도파로에서 변조 영역의 길이를 짧게 형성하는 것을 가능하게 한다. 특히, 상기 피엔 접합들이 피엔 역방향 모드(PN reverse mode)로 동작할 경우, 상기 광 도파로(WG)의 활성 영역을 높게 도핑해야 하는 기술적 문제를 경감시킬 수 있다. 즉, 이 실시예에 따르면, 상기 광 도파로(WG)의 평균 도핑 수준을 감소시키는 것이 가능하기 때문에, 상기 광 도파로(WG)에서의 광 손실은 경감될 수 있다.
[제 1 변형예 ]
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다. 도 2c는 본 발명의 제 1 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 2c는 도 2a 및 도 2b의 점선 I-I'을 따라 보여지는 순-도핑 프로파일을 도시하는 그래프이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 설명된 실시예들과 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 이 실시예에 따르면, 상기 립 부분(RP)에는 두 개의 수직 도핑 영역들(50)을 포함하는 수직 구조체가 형성될 수 있다. 이에 더하여, 상기 수직 구조체는 상기 수직 도핑 영역들(50) 사이에 개재되는 내부 도핑 영역(B3)을 더 포함할 수 있다.
상기 내부 도핑 영역(B3)은 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)과 같은 도전형이고, 상기 수직 도핑 영역들(50)은 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)과 다른 도전형일 수 있다. 이에 따라, 상기 립 부분(RP)에는 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 설명된 실시예에 비해 더욱 증가된 길이를 갖는 피엔 접합들이 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2a에 도시된 것처럼, 상기 수직 도핑 영역들(50)은 상기 매몰 절연막(20)의 상부면에 접하도록 형성됨으로써, 상기 수직 도핑 영역들(50) 각각은 분리된 두 개의 피엔 접합들의 공통 전극으로 이용될 수 있다. 즉, 도 2a의 실시예에 따르면, 도 2c에 도시된 것처럼, 상기 립 부분(RP)에는 네 개의 피엔 접합들이 형성될 수 있다. 또한, 도 2b에 도시된 것처럼, 상기 수직 도핑 영역들(50)은 상기 립 부분(RP)의 두께보다 얇게 형성됨으로써, 상기 수직 도핑 영역들(50)의 측면들 및 하부면들이 모두 피엔 접합을 구성하는데 이용될 수 있다. 이에 따라, 도 2b의 실시예에 따른 광학 장치의 피엔 접합의 길이는 도 1b의 실시예에 따른 광학 장치의 그것보다 대략 2배일 수 있다.
한편, 도 2a 및 도 2b에 도시된 것처럼, 상기 수직 도핑 영역들(50)은 제 1 배선 구조체(91)를 이용하여 제 1 전압(V1)을 생성하는 제 1 회로(C1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 2a에 도시된 것처럼, 상기 내부 도핑 영역(B1)은 내부 배선 구조체(92c)를 이용하여 제 2 전압(V2)을 생성하는 제 2 회로(C2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 도 2b에 도시된 것처럼, 상기 내부 도핑 영역(B3)이 상기 수직 도핑 영역들(50)의 하부에서 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)과 전기적으로 연결됨으로써, 별도의 배선없이, 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)과 등전위 상태에 있을 수 있다.
동작에 있어서, 상기 제 1 전압(V1) 및 상기 제 2 전압(V2)은 각각 변조 전압 및 접지 전압일 수 있다. 이에 따라, 상기 수직 도핑 영역들(50)과 상기 제 1 및 제 2 몸체부들(B1, B2) 사이에는, 상기 제 1 전압(V1)에 의해 결정되는, 소정의 전위 차가 생성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전압(V1) 및 상기 제 2 전압(V2)은 상기 피엔 접합들이 피엔 역방향 모드로 동작하도록 선택될 수 있다.
[제 2 변형예 ]
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 2 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다. 도 3c는 본 발명의 제 2 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 3c는 도 3a 및 도 3b의 점선 I-I'을 따라 보여지는 순-도핑 프로파일을 도시하는 그래프이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 설명된 실시예들과 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 이 실시예에 따르면, 상기 립 부분(RP)에는 세 개의 수직 도핑 영역들(50)을 포함하는 수직 구조체가 형성될 수 있다. 이에 더하여, 상기 수직 구조체는 상기 수직 도핑 영역들(50) 사이에 개재되는 두 개의 내부 도핑 영역들(B31, B32)을 더 포함할 수 있다.
상기 내부 도핑 영역들(B31, B32)은 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)과 같은 도전형이고, 상기 수직 도핑 영역들(50)은 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)과 다른 도전형일 수 있다. 이에 따라, 상기 립 부분(RP)에는 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명된 실시예에 비해 더욱 증가된 길이를 갖는 피엔 접합들이 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 3a에 도시된 것처럼, 상기 수직 도핑 영역들(50)은 상기 매몰 절연막(20)의 상부면에 접하도록 형성됨으로써, 상기 수직 도핑 영역들(50) 각각은 분리된 두 개의 피엔 접합들의 공통 전극으로 이용될 수 있다. 즉, 도 3a의 실시예에 따르면, 도 3c에 도시된 것처럼, 상기 립 부분(RP)에는 여섯 개의 피엔 접합들이 형성될 수 있다. 또한, 도 3b에 도시된 것처럼, 상기 수직 도핑 영역들(50)은 상기 립 부분(RP)의 두께보다 얇게 형성됨으로써, 상기 수직 도핑 영역들(50)의 측면들 및 하부면들이 모두 피엔 접합을 구성하는데 이용될 수 있다. 이에 따라, 도 3b의 실시예에 따른 광학 장치의 피엔 접합의 길이는 도 1b의 실시예에 따른 광학 장치의 그것보다 대략 3배일 수 있다.
한편, 도 3a 및 도 3b에 도시된 것처럼, 상기 수직 도핑 영역들(50)은 제 1 배선 구조체(91)를 이용하여 제 1 전압(V1)을 생성하는 제 1 회로(C1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 3a에 도시된 것처럼, 상기 내부 도핑 영역들(B31, B32)은 내부 배선 구조체(92c)를 이용하여 제 2 전압(V2)을 생성하는 제 2 회로(C2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 도 3b에 도시된 것처럼, 상기 내부 도핑 영역(B31, B32)이 상기 수직 도핑 영역들(50)의 하부에서 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)과 전기적으로 연결됨으로써, 별도의 배선없이, 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)과 등전위 상태에 있을 수 있다.
동작에 있어서, 상기 제 1 전압(V1) 및 상기 제 2 전압(V2)은 각각 변조 전압 및 접지 전압일 수 있다. 이에 따라, 상기 수직 도핑 영역들(50)과 상기 제 1 및 제 2 몸체부들(B1, B2) 사이에는, 상기 제 1 전압(V1)에 의해 결정되는, 소정의 전위 차가 생성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전압(V1) 및 상기 제 2 전압(V2)은 상기 피엔 접합들이 피엔 역방향 모드로 동작하도록 선택될 수 있다.
[제 2 실시예 ]
도 4a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자의 단면을 도시하는 단면도이다. 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일(net doping profile)을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 4b는 도 4a의 점선 I-I'을 따라 보여지는 순-도핑 프로파일을 도시하는 그래프이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 설명된 실시예들과 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 기판(10) 상에 광 도파로(WG)를 구성하는 반도체막(30)이 배치된다. 상기 광도파로(WG)는 제 1 슬랩 부분(SP1), 제 2 슬랩 부분(SP2) 및 이들 사이에 배치되는 립 부분(RP)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들(SP1, SP2) 각각에는 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)이 형성될 수 있고, 상기 립 부분(RP)에는 수직 구조체를 구성하는 수직 도핑 영역(50)이 형성될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)은 제 1 도전형이고, 상기 수직 도핑 영역(50)은 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)이 p형일 경우, 상기 수직 도핑 영역(50)은 n형일 수 있다.
이 실시예에 따르면, 상기 제 1 도핑 영역(D1)과 상기 수직 도핑 영역(50) 사이에 개재된 상기 광 도파로(WG)의 일 부분(이하, 제 1 몸체 영역(B1))은 실질적으로 진성 반도체(intrinsic semiconductor)에 가까운 물성을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 몸체 영역(B1)은 언도프트 실리콘(undoped silicon) 또는 상기 제 1 도핑 영역(D1)보다 수 오더(order) 낮은 도핑 레벨을 갖는 실리콘일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 도핑 영역(D1), 상기 제 1 몸체 영역(B1) 및 상기 수직 도핑 영역(50)은 도 4b에 도시된 것처럼 피아이엔 접합(PIN-junction)을 구성할 수 있다. 유사하게, 상기 제 2 도핑 영역(D2)과 상기 수직 도핑 영역(50) 사이에 개재된 상기 광 도파로(WG)의 다른 부분(이하, 제 2 몸체 영역(B2))은 실질적으로 진성 반도체에 가까운 물성을 가짐으로써, 상기 제 2 도핑 영역(D2), 상기 제 2 몸체 영역(B2) 및 상기 수직 도핑 영역(50) 역시 피아이엔 접합을 구성할 수 있다.
이에 더하여, 상기 수직 도핑 영역(50)은 그 바닥면이 상기 매몰 절연막(20)의 상부면에 접촉하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 수직 도핑 영역(50)의 두께는 상기 립 부분(RP)의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 이 경우, 도시된 것처럼, 상기 제 1 몸체 영역(B1)과 상기 제 2 몸체 영역(B2)은 상기 수직 도핑 영역(50)에 의해 서로 분리됨으로써, 하나의 립 부분(RP) 내에는 두 개의 피아이엔 접합들이 형성될 수 있다. 상기 수직 도핑 영역(50)은 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)에 의해 정의되는 두 피아이엔 접합들의 공통 전극으로 사용될 수 있다.
한편, 도 4a는 상기 광 도파로(WG)의 진행 방향을 가로지는 평면들 중의 하나에 투영된 전기-광학 변조 소자의 단면을 도시하는 단면도일 뿐, 본 발명에 따른 전기-광학 변조 소자가 광 도파로 전체에 걸쳐 도시된 구조를 갖는다는 것을 보이기 위해 제공된 것이 아니다. 즉, 본 발명에 따른 전기-광학 변조 소자는 도면들에 도시된 단면 구조와 같이 형성되는 부분을 포함하지만, 그것의 모든 부분들이 도시된 단면 구조와 같이 형성될 필요는 없다. 예를 들면, 상기 광 도파로(WG)의 변조 영역으로 사용되지 않는 부분에서, 상기 제 1 몸체 영역(B1)이 상기 제 2 몸체 영역(B2)에 직접 접촉하도록, 상기 수직 도핑 영역(50)이 형성되지 않을 수도 있다.
이 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)은 상기 매몰 절연막(20)의 상부면에 접하는 바닥면을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)의 두께들은 상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들(SP1, SP2)의 그것들과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 도 4b에는, 어브럽트 접합 구조(abrupt junction structure)가 예시적으로 도시되었지만, 상기 피아이엔 접합의 각 부분들의 농도 프로파일은 도시된 것으로부터 다양하게 변형되어 구현될 수 있다.
상기 수직 도핑 영역(50)은 제 1 배선 구조체(91)를 이용하여 제 1 전압(V1)을 생성하는 제 1 회로(C1)에 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)은 제 2 배선 구조체(92a, 92b)를 이용하여 제 2 전압(V2)을 생성하는 제 2 회로(C2)에 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전압(V1) 및 상기 제 2 전압(V2)은 각각 변조 전압 및 접지 전압일 수 있다. 이에 따라, 상기 수직 도핑 영역(50)과 상기 제 1 및 제 2 몸체부들(B1, B2) 사이에는, 상기 제 1 전압(V1)에 의존적인, 소정의 전위 차가 생성될 수 있다. 상술한 것처럼, 상기 수직 도핑 영역(50)의 양쪽 측벽이 모두 피아이엔 접합들을 구성하는데 이용되기 때문에, 도 4a를 참조하여 설명된 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자는, 종래 기술들에서 제안되었던 방식들에 비해, 증가된 유효 굴절률의 변화를 유발할 수 있다. 유효 굴절률 변화에서의 이러한 증가는 증가된 위상 천이를 얻는 것을 가능하게 하거나, 광 도파로에서 변조 영역의 길이를 짧게 형성하는 것을 가능하게 한다. 특히, 상기 피아이엔 접합들이 피아이엔 순방향 모드로 동작하도록 상기 제 1 및 제 2 전압들(V1, V2)이 생성될 경우, 상기 광 도파로로 주입되는 전류의 크기는 종래 기술의 경우에 비해 두 배로 증가될 수 있다. 달리 말해, 이 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자는 종래 기술에서보다 낮은 변조 전압으로 더 높은 효율의 위상 천이를 구현하는 것을 가능하게 한다. 이에 더하여, 상기 수직 도핑 영역(50)의 폭을 소정의 크기 이하로 유지시킬 경우, 고농도로 도핑된 상기 수직 도핑 영역(50)에 의해 야기될 수 있는 광 손실의 문제는 억제될 수 있다.
[제 3 변형예 ]
도 5a는 본 발명의 제 3 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도이다. 도 5b는 본 발명의 제 3 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 5b는 도 5a의 점선 I-I'을 따라 보여지는 순-도핑 프로파일을 도시하는 그래프이다. 설명의 간결함을 위해, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명된 실시예들과 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 이 실시예에 따르면, 상기 립 부분(RP)에는 두 개의 수직 도핑 영역들(50)을 포함하는 수직 구조체가 형성될 수 있다. 이에 더하여, 상기 수직 구조체는 상기 수직 도핑 영역들(50) 사이에 개재되는 한 쌍의 진성 영역들(B33, B34) 및 상기 진성 영역들(B33, B34) 사이에 개재되는 하나의 내부 도핑 영역(B35)을 더 포함할 수 있다.
상기 진성 영역들(B33, B34)은, 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)과 동일하게, 진성 반도체(intrinsic semiconductor)에 가까운 물성을 가질 수 있다. 하지만, 상기 진성 영역들(B33, B34)과 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)은 완전하게 동일한 물성을 가질 필요는 없다.
상기 내부 도핑 영역(B35)은 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)과 같은 도전형을 가질 수 있다. 즉, 상기 내부 도핑 영역(B35)은 상기 수직 도핑 영역들(50)과 다른 도전형을 갖게 되어, 도 5b에 도시된 것처럼, 상기 수직 구조체의 내부에는 한 쌍의 피아이엔 접합들이 형성될 수 있다. 결과적으로, 상기 광 도파로(WG)는, 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2) 그리고 상기 제 1 및 제 2 진성 영역들(B33, B34) 각각을 진성 반도체로 사용하는, 네 개의 피아이엔 접합들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 이 실시예는 도 4a를 참조하여 설명된 실시예에 비해 더욱 증가된 길이를 갖는 피아이엔 접합들을 포함할 수 있다.
한편, 도 5a에 도시된 것처럼, 상기 수직 도핑 영역들(50)은 제 1 배선 구조체(91)를 이용하여 제 1 전압(V1)을 생성하는 제 1 회로(C1)에 전기적으로 연결되고, 상기 내부 도핑 영역(B35)은 내부 배선 구조체(92c)를 이용하여 제 2 전압(V2)을 생성하는 제 2 회로(C2)에 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전압(V1) 및 상기 제 2 전압(V2)은 각각 변조 전압 및 접지 전압일 수 있다. 이에 따라, 상기 수직 도핑 영역(50)과 상기 제 1 및 제 2 몸체부들(B1, B2) 사이에는, 상기 제 1 전압(V1)에 의존적인, 소정의 전위 차가 생성될 수 있다. 특히, 상기 제 1 및 제 2 전압들(V1, V2)이 상기 피아이엔 접합들이 피아이엔 순방향 모드로 동작하도록 생성될 경우, 상기 광 도파로로 주입되는 전류의 크기는 종래 기술 또는 도 4a를 참조하여 설명된 실시예에 비해 더욱 증가될 수 있다. 앞선 실시예들에서와 유사하게, 상기 수직 도핑 영역들(50)의 폭을 소정의 크기 이하로 유지시킬 경우, 고농도로 도핑된 상기 수직 도핑 영역들(50)에 의해 야기될 수 있는 광 손실의 문제는 억제될 수 있다.
[제 4 변형예 ]
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 4 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다. 도 6c는 본 발명의 제 4 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 6c는 도 6a 및 도 6b의 점선 I-I'을 따라 보여지는 순-도핑 프로파일을 도시하는 그래프이다. 설명의 간결함을 위해, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명된 실시예들과 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 이 실시예에 따르면, 상기 립 부분(RP)에는 두 개의 수직 도핑 영역들(50) 및 상기 수직 도핑 영역들(50) 사이에 개재되는 하나의 내부 도핑 영역(B35)을 포함하는 수직 구조체가 형성될 수 있다.
상기 내부 도핑 영역(B35)은 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)과 같은 도전형을 가질 수 있다. 즉, 상기 내부 도핑 영역(B35)은 상기 수직 도핑 영역들(50)과 다른 도전형을 갖게 되어, 도 6c에 도시된 것처럼, 상기 수직 구조체의 내부에는 한 쌍의 피엔 접합들이 형성될 수 있다. 결과적으로, 상기 광 도파로(WG)는 두 개의 피아이엔 접합들 및 두 개의 피엔 접합들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 수직 도핑 영역들(50)은, 도 6a에 도시된 것처럼, 제 1 배선 구조체(91)를 이용하여 제 1 전압(V1)을 생성하는 제 1 회로(C1)에 전기적으로 연결되고, 상기 내부 도핑 영역(B35)은 내부 배선 구조체(92c)를 이용하여 제 2 전압(V2)을 생성하는 제 2 회로(C2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 상기 수직 도핑 영역들(50)과 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2) 사이에는 순방향의 직류 전압이 인가됨으로써 상기 피아이엔 접합들은 피아이엔 순방향 모드(PIN forward mode)로 동작될 수 있다. 또한, 상기 수직 도핑 영역들(50)과 상기 내부 도핑 영역(B35) 사이에는 역방향의 직류 전압이 인가됨으로써, 상기 피엔 접합들은 피엔 역방향 모드(PN Reverse mode)로 동작될 수 있다. 결과적으로, 이 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자는, 굴절률의 변화를 유발하는 두가지 효과들이 함께 발생하는, 혼합 구조(hybrid structure)일 수 있다. 이러한 효과들 중의 한가지는 피아이엔 순방향 모드로 동작하는 두 개의 피아이엔 접합의 전류 주입 효과에 따른 굴절률 변화이고, 다른 하나는 피엔 역방향 모드로 동작하는 두 개의 피엔 접합들에서의 공핍층 변화에 따른 굴절률 변화이다.
다른 실시예에 따르면, 도 6b에 도시된 것처럼, 상기 수직 도핑 영역들(50)은 제 1 배선 구조체(91)를 이용하여 제 1 전압(V1)을 생성하는 제 1 회로(C1)에 전기적으로 연결되고, 상기 내부 도핑 영역(B35)은 외부 회로와 전기적으로 연결되지 않은 상태에 있을 수 있다. 이 실시예에 따르면, 상기 수직 도핑 영역들(50)과 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2) 사이에는 순방향의 직류 전압이 인가됨으로써 상기 피아이엔 접합들은 피아이엔 순방향 모드(PIN forward mode)로 동작될 수 있다. 하지만, 상기 내부 도핑 영역(B35)은 전기적으로 부유(floating) 상태에 있을 수 있다.
[제 5 변형예 ]
도 7a는 본 발명의 제 5 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도이다. 도 7b는 본 발명의 제 5 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자의 순-도핑 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 7b는 도 7a의 점선 I-I'을 따라 보여지는 순-도핑 프로파일을 도시하는 그래프이다. 설명의 간결함을 위해, 앞선 도면들을 참조하여 설명된 실시예들과 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 7a를 참조하면, 이 실시예에 따르면, 상기 립 부분(RP)에는 세 개의 수직 도핑 영역들(50) 및 상기 수직 도핑 영역들(50) 사이에 개재되는 한 쌍의 내부 도핑 영역들(B36, B37)을 포함하는 수직 구조체가 형성될 수 있다.
상기 내부 도핑 영역들(B36, B37)은 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)과 같은 도전형을 가질 수 있다. 즉, 상기 내부 도핑 영역들(B36, B37)은 상기 수직 도핑 영역들(50)과 다른 도전형을 가지며, 그 결과로서, 도 7b에 도시된 것처럼, 상기 수직 구조체의 내부에는 네 개의 피엔 접합들이 형성될 수 있다. 결과적으로, 상기 광 도파로(WG)는 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들(B1, B2)을 이용하여 구현되는 두 개의 피아이엔 접합들 및 상기 수직 구조체 내부에 구현되는 네 개의 피엔 접합들을 포함할 수 있다.
상기 수직 도핑 영역들(50)은, 도 7a에 도시된 것처럼, 제 1 배선 구조체(91)를 이용하여 제 1 전압(V1)을 생성하는 제 1 회로(C1)에 전기적으로 연결되고, 상기 내부 도핑 영역들(B36, B37)은 내부 배선 구조체(92c)를 이용하여 제 2 전압(V2)을 생성하는 제 2 회로(C2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 상기 수직 도핑 영역들(50)과 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2) 사이에는 순방향의 직류 전압이 인가됨으로써 상기 피아이엔 접합들은 피아이엔 순방향 모드(PIN forward mode)로 동작될 수 있다. 또한, 상기 수직 도핑 영역들(50)과 상기 내부 도핑 영역들(B36, B37) 사이에는 역방향의 직류 전압이 인가됨으로써, 상기 피엔 접합들은 피엔 역방향 모드(PN Reverse mode)로 동작될 수 있다. 결과적으로, 이 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자 역시 도 6a를 참조하여 설명된 혼합 구조(hybrid structure)의 하나일 수 있다. 즉, 이 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자는 피아이엔 순방향 모드로 동작하는 두 개의 피아이엔 접합들에서의 전류 주입 효과에 따른 굴절률 변화 효과 및 피엔 역방향 모드로 동작하는 네 개의 피엔 접합들에서의 공핍층 변화에 따른 굴절률 변화 효과를 동시에 구현할 수 있다.
[제 6 변형예 ]
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제 6 변형예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다. 구체적으로, 도 8a 내지 도 8c는 각각 도 5a, 도 6a 및 도 7a을 참조하여 설명된 실시예들로부터 변형된 실시예들에 관한 것으로, 설명의 간결함을 위해, 앞선 도면들을 참조하여 설명된 실시예들과 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 상기 수직 구조체 내부의 내부 도핑 영역들(즉, 도 8a 및 도 8b의 B35, 도 8c의 B36 및 B37)은 제 3 전압(V3)을 생성하는 제 3 회로(C3)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 제 3 전압(V3)은 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)에 인가되는 전압인 상기 제 2 전압(V2)과 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 수직 구조체의 내부에 형성되는 도 8a의 피아이엔 접합들 또는 도 8b 및 도 8c의 피엔 접합들은 상기 수직 구조체의 외부에 형성되는 피아이엔 접합들과 독립적으로 동작될 수 있다.
구체적으로, 일 실시예에 따르면, 상기 수직 도핑 영역들(50)과 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2) 사이에는 순방향의 직류 전압이 인가됨으로써, 상기 수직 구조체의 외부에 형성되는 상기 피아이엔 접합들은 피아이엔 순방향 모드(PIN forward mode)로 동작될 수 있다. 하지만, 상기 수직 도핑 영역들(50)과 상기 내부 도핑 영역들(B36, B37) 사이에는 인가되는 전위 차는 상기 제 2 전압(V2)과 다른 상기 제 3 전압(V3)에 의해 결정될 수 있기 때문에, 상기 수직 구조체 내부의 접합들은 상기 수직 구조체 외부의 피아이엔 접합들의 동작과는 무관하게 최적화된 조건 아래에서 동작될 수 있다. 결과적으로, 상기 수직 구조체의 내부 및 외부의 접합들은 서로 독립적으로 최적화된 조건 아래에서 동작될 수 있으며, 이러한 독립적인 최적화는 이 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자에서의 변조 특성을 향상시키는데 이용될 수 있다.
[제 3 실시예 ]
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다. 설명의 간결함을 위해, 앞서 설명된 실시예들과 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 기판(10) 상에 광 도파로(WG)를 구성하는 반도체막(30)이 배치된다. 상기 광도파로(WG)는 제 1 슬랩 부분(SP1), 제 2 슬랩 부분(SP2) 및 이들 사이에 배치되는 립 부분(RP)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들(SP1, SP2) 각각에는 제 1 및 제 2 도핑 영역들(D1, D2)이 형성될 수 있고, 상기 립 부분(RP)에는 수직 구조체가 형성될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 상기 제 1 도핑 영역(D1) 및 제 2 도핑 영역(D2)은 서로 다른 도전형들을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 도핑 영역(D1)은 p형이고, 상기 제 2 도핑 영역(D2)은 n형일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들(SP1, SP2)은 상기 립 부분(RP)을 기준으로 하는 도핑 프로파일의 측면에서 비대칭적일 수 있다.
상기 수직 구조체는 서로 이격된 제 1 수직 도핑 영역(51) 및 제 2 수직 도핑 영역(52), 그리고 이들 사이에 개재되는 내부 영역(B3)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 수직 도핑 영역(51)과 상기 제 2 수직 도핑 영역(52)은 서로 다른 도전형이고, 상기 내부 영역(B3)은 진성 반도체일 수 있다. 이에 따라, 상기 수직 구조체 내부에 형성된, 상기 제 1 수직 도핑 영역(51), 상기 제 2 수직 도핑 영역(52) 및 상기 내부 영역(B3)은 하나의 피아이엔 접합을 구성할 수 있다.
이에 더하여, 상기 제 1 수직 도핑 영역(51)은 상기 제 1 도핑 영역(D1)과 다른 도전형을 가지면서 상기 제 1 도핑 영역(D1)에 인접하게 형성되고, 상기 제 2 수직 도핑 영역(52)은 상기 제 2 도핑 영역(D2)과 다른 도전형을 가지면서 상기 제 2 도핑 영역(D2)에 인접하게 형성될 수 있다. 상기 제 1 수직 도핑 영역(51)과 상기 제 1 도핑 영역(D1) 사이에 배치되는 제 1 몸체 영역(B1) 및 상기 제 2 수직 도핑 영역(52)과 상기 제 2 도핑 영역(D2) 사이에 배치되는 제 2 몸체 영역(B2)은 진성 반도체일 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 수직 도핑 영역(51), 상기 제 1 몸체 영역(B1) 및 상기 제 1 도핑 영역(D1)은 하나의 피아이엔 접합을 구성하고, 상기 제 2 수직 도핑 영역(52), 상기 제 2 몸체 영역(B2) 및 상기 제 2 도핑 영역(D2)은 또다른 피아이엔 접합을 구성할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 수직 도핑 영역들(51, 52)은 도 9b에 도시된 것처럼 상기 립 부분(RP)의 두께보다 짧은 깊이까지 형성되거나, 도 9a에 도시된 것처럼 상기 매몰 절연막(20)의 상부면까지 연장될 수 있다.
상기 제 1 수직 도핑 영역(51) 및 상기 제 2 도핑 영역(D2)은 제 1 배선 구조체(91)를 이용하여 제 1 전압(V1)을 생성하는 제 1 회로(C1)에 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 수직 도핑 영역(52) 및 상기 제 1 도핑 영역(D1)은 제 2 배선 구조체(92)를 이용하여 제 2 전압(V2)을 생성하는 제 2 회로(C2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전압(V1) 및 상기 제 2 전압(V2)은 각각 변조 전압 및 접지 전압일 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 회로들(C1, C2)은 상기 피아이엔 접합들이 피아이엔 순방향 모드로 동작하도록 상기 제 1 및 제 2 전압들(V1, V2)을 생성할 수 있다.
[제 4 실시예 ]
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기-광학 변조 소자들의 단면들을 도시하는 단면도들이다. 설명의 간결함을 위해, 앞서 설명된 실시예들과 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 기판(10) 상에 광 도파로(WG)를 구성하는 반도체막(30)이 배치된다. 상기 광도파로(WG)는 상기 매몰 절연막(20)의 상부면을 노출시키는 측벽들을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 이 실시예에 따르면, 상기 광도파로(WG)는 채널 도파로 구조로 형성될 수 있다.
상기 광 도파로(WG) 내에는 적어도 한 쌍의 수직 도핑 영역들(50)을 갖는 수직 구조체가 형성될 수 있다. 상기 수직 구조체는 상기 수직 도핑 영역들(50) 사이에 개재되는 내부 도핑 영역(B35) 및 상기 내부 도핑 영역(B35)과 상기 수직 도핑 영역들(50) 사이에 개재되는 적어도 두 개의 내부 영역들(B36, B37)을 더 포함할 수 있다. 상기 내부 도핑 영역(B35)은 상기 수직 도핑 영역들(50)과 다른 도전형을 가질 수 있다. 상기 내부 영역들(B36, B37)은 도 10a에 도시된 것처럼 소정의 불순물로 도핑되거나 도 10b에 도시된 것처럼 진성 반도체일 수 있다.
상기 내부 영역들(B36, B37)이 도핑되는 경우에 있어서, 도 10a에 도시된 것처럼, 상기 내부 영역들(B36, B37)은 불순물 농도에서는 상기 내부 도핑 영역(B35)보다 낮고, 도전형에서는 상기 내부 도핑 영역(B35)과 같을 수 있다. 이러한 실시예에 따르면, 상기 내부 영역들(B36, B37)과 상기 수직 도핑 영역들(50)은 한 쌍의 피엔 접합들을 구성할 수 있다. 변형된 실시예에 따르면, 상기 내부 영역(B36, B37)은 불순물 농도에서는 상기 수직 도핑 영역(50)보다 낮고 도전형에서는 상기 수직 도핑 영역(50)과 같을 수 있다. 마찬가지로, 이러한 변형된 실시예에 따르면, 상기 내부 영역들(B36, B37)과 상기 내부 도핑 영역(B35)은 한 쌍의 피엔 접합들을 구성할 수 있다.
상기 내부 영역들(B36, B37)이 진성 반도체인 경우, 도 10b에 도시된 것처럼, 상기 수직 도핑 영역들(50), 상기 내부 영역들(B36, B37) 및 상기 내부 도핑 영역(B35)은 한 쌍의 피아이엔 접합들을 구성할 수 있다.
상기 수직 도핑 영역들(50)은 제 1 배선 구조체(91)를 이용하여 제 1 전압(V1)을 생성하는 제 1 회로(C1)에 전기적으로 연결되고, 상기 내부 도핑 영역(B35)은 제 2 배선 구조체(92)를 이용하여 제 2 전압(V2)을 생성하는 제 2 회로(C2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제 1 전압(V1) 및 상기 제 2 전압(V2)은 각각 변조 전압 및 접지 전압일 수 있다. 도 10a를 참조하여 설명된 실시예의 경우, 상기 제 1 및 제 2 회로들(C1, C2)은 상기 피엔 접합들이 피엔 역방향 모드로 동작하도록 상기 제 1 및 제 2 전압들(V1, V2)을 생성할 수 있다. 도 10b를 참조하여 설명된 실시예의 경우, 상기 제 1 및 제 2 회로들(C1, C2)은 상기 피아이엔 접합들이 피아이엔 순방향 모드로 동작하도록 상기 제 1 및 제 2 전압들(V1, V2)을 생성할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 광 송신기 및 광 수신기를 포함하는 광학 시스템의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 11을 참조하면, 광학 시스템(optical system; 1001)은 적어도 하나의 광 송신기(optical transmitter; 1002) 및 적어도 하나의 광 수신기(optical receiver; 1006)를 포함한다. 상기 광학 시스템(1001)은 상기 광 송신기(1002) 및 상기 광 수신기(1006) 사이에 광학적으로 결합된 광학 장치(optical device; 1004)를 포함할 수 있다. 상기 광 송신기(1002)는, 상기 광학 장치(1004)에서 수신되는, 광학 빔(optical beam, 1010)을 전송하도록 구성될 수 있다. 상기 광학 장치(1004)는 변조 신호(modulating signal)(V1)에 응답하여 상기 광학 빔(1010)의 광학적 특성들 중의 하나를 변조시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 광학 장치(1004)는 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 전기-광학 변조 소자들 중의 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 광학 장치(1004)는 광 지연 소자(optical delay)로서 기능하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 광학 장치(1004)는 광 진폭 변조기(optical amplitude modulator) 등을 구현하기 위해 사용될 수 있다.
도 12는 도 11의 상기 광학 장치(1004)로서 채용될 수 있는 광 변조기(1100)의 일 실시예를 도시하는 도면들이다.
도 12를 참조하면, 상기 광 변조기(1100)는 마흐-젠더 간섭계 구조(Mach-Zehnder Interferometer configuration)(MZI)의 두 Y-가지 커플러들(cascaded Y-branch couplers) 사이에 광학적으로 결합된 두 암들(arms) 중의 하나에 형성된 광위상 천이기(optical phase shifter)(1110)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 광위상 천이기(1110)는 도 1 내지 10를 참조하여 설명된 전기-광학 변조기들 중의 하나 또는 이와 유사한 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
동작에 있어서, 광학 빔(1010)은 상기 MZI의 입력 부분으로 입사된 후, 첫번째 Y-가지 커플러에서 분리된다. 그 결과, 상기 광학 빔(1010)의 제 1 부분은 MZI의 암들 중의 하나로 진행하고 상기 광학 빔(1010)의 제 2 부분은 MZI의 암들 중의 다른 하나로 진행한다. 도시된 것처럼, 상기 MZI의 암들 중의 하나에는 상기 광위상 천이기(1110)가 형성되어, 외부 신호(V1, V2)에 응답하여 상기 광학 빔(1010)의 제 1 및 제 2 부분들 사이의 상대 위상차(a relative phase difference)를 조절한다. 상기 광학 빔(1010)의 제 1 및 제 2 부분들은 상기 MZI의 출력 부분에서 합쳐진다. 상기 상대 위상차에 의한 상기 광학 빔(1010)의 제 1 및 제 2 부분들 사이의 보강 간섭 또는 소멸 간섭의 결과로서, 상기 MZI의 출력 부분으로부터 방출되는 상기 광학 빔(1010)은 변조된 특성을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 MZI의 입력 부분으로 입사되는 상기 광학 빔(1010)은 연속파(continuous wave)일 수 있고, 상기 MZI의 출력 부분으로부터 방출되는 상기 광학 빔(1010)은 상기 변조의 결과로서 톱니 모양의 파형을 가질 수 있다. 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 MZI의 두 암들 모두 본 발명이 개시하는 전기-광학 변조기를 포함하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 광학 장치(1004)는 마흐-젠더 간섭계 구조로만 구현될 수 있는 것은 아니며, 다른 다양한 방식들을 통해 구현될 수 있다. 예를 들면, 상기 광학 장치(1004)는 도 1 내지 10를 참조하여 설명된 전기-광학 변조기들 중의 하나 또는 이와 유사한 구조를 포함하는 링-공진기 구조를 통해서도 구현될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 광 도파로는 SOI 웨이퍼를 이용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 광 도파로는 실리콘 웨이퍼의 소정 영역에 이온을 주입함으로써 형성되는 SOI 웨이퍼를 이용하여 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 이온은 산소 원자를 포함할 수 있으며, 상기 광 도파로가 형성될 소정의 위치에 국소적으로 주입될 수 있다.

Claims (26)

  1. 적어도 두 개의 측벽들을 갖는 수직 구조체가 형성된 광 도파로를 구비하되, 상기 수직 구조체의 측벽들은 접합(junction)을 구성하는데 이용되며,
    상기 광 도파로는 제 1 슬랩 부분(first slab portion), 제 2 슬랩 부분(second slab portion) 및 상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들 사이에 개재되는 립 부분(rib portion)을 포함하는 슬랩 도파로 구조를 갖고, 상기 수직 구조체는 상기 립 부분 내에 형성되고,
    상기 광 도파로는:
    상기 제 1 슬랩 부분으로부터 연장되어 상기 수직 구조체의 일 측벽에 접하는 제 1 몸체 영역; 및
    상기 제 2 슬랩 부분으로부터 연장되어 상기 수직 구조체의 다른 측벽에 접하는 제 2 몸체 영역을 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들은 제 1 도전형이고, 상기 수직 구조체는 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형을 갖는 적어도 하나의 수직 도핑 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 도파로의 아래에 배치되는 매몰 절연막을 더 포함하되, 상기 광 도파로는 상기 매몰 절연막의 상부면을 노출시키는 측벽을 갖도록 형성되는 채널 도파로 구조인 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 수직 구조체의 수직적 길이는 상기 립 부분의 두께와 동일하고, 상기 제1 및 제2 몸체 영역들은 상기 수직 구조체에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 수직 도핑 영역과 제 1 회로를 전기적으로 연결하는 제 1 배선 구조체; 및
    상기 슬랩 부분과 제 2 회로를 전기적으로 연결하는 제 2 배선 구조체를 더 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 회로들은 상기 제1 및 제2 몸체 영역들과 상기 수직 구조체가 이루는 한 쌍의 피엔 접합들의 역-바이어스 동작을 위한 전위차를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 슬랩 부분은 상기 제 1 도전형의 제 1 도핑 영역을 포함하고,
    상기 제 2 슬랩 부분은 상기 제 1 도전형의 제 2 도핑 영역을 포함하고,
    상기 광 도파로는
    상기 제 1 도핑 영역으로부터 연장되어 상기 수직 구조체의 일 측벽에 접하는 상기 제 1 몸체 영역; 및
    상기 제 2 도핑 영역으로부터 연장되어 상기 수직 구조체의 다른 측벽에 접하는 상기 제 2 몸체 영역을 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들은 진성 반도체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 도핑 영역, 상기 제 1 몸체 영역 및 상기 수직 구조체는 피아이엔 접합(PIN-junction)을 구성하고,
    상기 제 2 도핑 영역, 상기 제 2 몸체 영역 및 상기 수직 구조체는 피아이엔 접합을 구성하는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 수직 도핑 영역과 제 1 회로를 전기적으로 연결하는 제 1 배선 구조체; 및
    상기 슬랩 부분과 제 2 회로를 전기적으로 연결하는 제 2 배선 구조체를 더 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 회로들은 상기 피아이엔 접합들의 순-바이어스 동작을 위한 전위차를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 수직 구조체는
    복수의 수직 도핑 영역들; 및
    상기 수직 도핑 영역들 사이에 개재되는 적어도 하나의 내부 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내부 영역은 상기 수직 도핑 영역들과 다른 도전형을 갖는 내부 도핑 영역을 포함함으로써, 상기 수직 도핑 영역들과 피엔 접합(PN-junction)을 구성하는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내부 영역은 한 쌍의 진성 영역들 및 상기 진성 영역들 사이에 개재되면서 상기 수직 도핑 영역들과는 다른 도전형을 갖는 내부 도핑 영역을 포함함으로써, 상기 수직 도핑 영역들과 적어도 두 개의 피아이엔 접합(PIN-junction)을 구성하는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들은, 상기 제 1 도전형의 제 1 및 제 2 도핑 영역들을 각각 포함하되,
    상기 내부 영역과 상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들은 서로 다른 전압을 생성하는 회로들에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  15. 적어도 두 개의 측벽들을 갖는 수직 구조체가 형성된 광 도파로를 구비하되, 상기 수직 구조체의 측벽들은 접합(junction)을 구성하는데 이용되며,
    상기 광 도파로는 제 1 슬랩 부분(first slab portion), 제 2 슬랩 부분(second slab portion) 및 상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들 사이에 개재되는 립 부분(rib portion)을 포함하는 슬랩 도파로 구조를 갖고, 상기 수직 구조체는 상기 립 부분 내에 형성되고,
    상기 광 도파로는:
    상기 제 1 슬랩 부분으로부터 연장되어 상기 수직 구조체의 일 측벽에 접하는 제 1 몸체 영역; 및
    상기 제 2 슬랩 부분으로부터 연장되어 상기 수직 구조체의 다른 측벽에 접하는 제 2 몸체 영역을 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들은 제 1 도전형이고, 상기 수직 구조체는, 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형을 갖는, 적어도 하나의 수직 도핑 영역을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 도핑 영역들은 상기 수직 구조체의 하부벽 아래에서 서로 전기적으로 연결되어 등전위 상태에 있는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  16. 삭제
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 1 슬랩 부분은 상기 제 1 도전형의 제 1 도핑 영역을 포함하고,
    상기 제 2 슬랩 부분은 상기 제 1 도전형의 제 2 도핑 영역을 포함하고,
    상기 광 도파로는
    상기 제 1 도핑 영역으로부터 연장되어 상기 수직 구조체의 일 측벽에 접하는 상기 제 1 몸체 영역; 및
    상기 제 2 도핑 영역으로부터 연장되어 상기 수직 구조체의 다른 측벽에 접하는 상기 제 2 몸체 영역을 포함하되,
    상기 제1 및 제2 몸체 영역들은 진성 반도체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  18. 삭제
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 립 부분은, 피엔 접합(PN-junction)을 구성하는 한 쌍의 측벽들과 하부벽을 갖는 수직 구조체(vertical structure)를 포함하고,
    상기 광 도파로는 상기 제 1 슬랩 부분과 상기 수직 구조체 사이에 개재되는 상기 제 1 몸체 영역(first body region) 및 상기 제 2 슬랩 부분과 상기 수직 구조체 사이에 개재되는 상기 제 2 몸체 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 청구항 15에 있어서,
    상기 수직 구조체의 수직적 길이는 상기 립 부분의 두께보다 작고, 상기 제 1 및 제 2 몸체 영역들은 상기 수직 구조체의 아래에서 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  23. 청구항 15에 있어서,
    상기 수직 구조체와 제 1 회로를 전기적으로 연결하는 제 1 배선 구조체; 및
    상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들과 제 2 회로를 전기적으로 연결하는 제 2 배선 구조체를 더 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 회로들은 상기 제1 및 제2 몸체 영역들과 상기 수직 구조체가 이루는 한 쌍의 피엔 접합들의 역-바이어스 동작을 위한 전위차를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  24. 청구항 17에 있어서,
    상기 립 부분은 적어도 두 개의 피아이엔 접합들(PIN-junctions)을 구성하는 수직 구조체(vertical structure)을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 슬랩 부분들은 상기 제1 도전형의 제1 및 제2 도핑 영역들을 각각 포함하고, 상기 광도파로는 상기 제1 슬랩 부분과 상기 수직 구조체 사이에 개재되는 상기 제1 몸체 영역 및 상기 제2 슬랩 부분과 상기 수직 구조체 사이에 개재되는 상기 제2 몸체 영역을 포함하되,
    상기 제1 및 제2 몸체 영역들은 진성 반도체인 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
  25. 삭제
  26. 청구항 24에 있어서,
    상기 수직 구조체와 제 1 회로를 전기적으로 연결하는 제 1 배선 구조체; 및
    상기 제 1 및 제 2 슬랩 부분들과 제 2 회로를 전기적으로 연결하는 제 2 배선 구조체를 더 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 회로들은 상기 피아이엔 접합들의 순-바이어스 동작을 위한 전위차를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기-광학 변조 소자.
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