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特表2024-510452スイープアウトダイオードを備える低非線形損失シリコン導波路
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-07
(54)【発明の名称】スイープアウトダイオードを備える低非線形損失シリコン導波路
(51)【国際特許分類】
G02B 6/12 20060101AFI20240229BHJP
【ＦＩ】
G02B6/12 363
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023555702
(86)(22)【出願日】2022-03-16
(85)【翻訳文提出日】2023-10-23
(86)【国際出願番号】 US2022020658
(87)【国際公開番号】W WO2022197875
(87)【国際公開日】2022-09-22
(31)【優先権主張番号】63/161,994
(32)【優先日】2021-03-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519011669
【氏名又は名称】アヤー・ラブス・インコーポレーテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＹＡＲ ＬＡＢＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】キータ・デレク・エム．
(72)【発明者】
【氏名】キーロ・アナトール
(72)【発明者】
【氏名】ヴェルクリセ・ドリエス
(72)【発明者】
【氏名】サプラ・ニール
(72)【発明者】
【氏名】フィ－ニ・ジョン・エム．
【テーマコード（参考）】
2H147
【Ｆターム（参考）】
2H147AB36
2H147AC01
2H147BA05
2H147DA08
2H147EA13A
2H147EA13B
2H147GA19
(57)【要約】
【解決手段】光導波路は、光導波路の長手方向中心線に実質的に沿って伸びているコア領域と、コア領域の第１側に沿って形成されている第１クラッド領域と、コア領域の第２側に沿って形成されている第２クラッド領域と、を備える。光導波路は、コア領域、第１クラッド領域、および、第２クラッド領域のそれぞれの部分を各々備える第１ダイオードセグメントおよび第２ダイオードセグメントを備える。第２ダイオードセグメントは、第１ダイオードセグメントと連続している。第１ダイオードセグメントは、第１真性電界が、第１方向に第１ダイオードセグメントを横切って伸びるように、光導波路を横切って第１ダイオードを形成第２ダイオードセグメントは、第２真性電界が、第１方向と反対向きの第２方向に第２ダイオードセグメントを横切って伸びるように、光導波路を横切って第２ダイオードを形成する。
【選択図】図２Ａ
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光導波路であって、前記光導波路を通る光伝搬方向に対応する前記光導波路の長手方向中心線に実質的に沿って伸びているコア領域と、
前記コア領域の第１側に沿って形成されている第１クラッド領域と、
前記コア領域の第２側に沿って形成されている第２クラッド領域と、
前記光導波路は、前記コア領域、前記第１クラッド領域、および、前記第２クラッド領域のそれぞれの部分を各々備える第１ダイオードセグメントおよび第２ダイオードセグメントを備え、前記第２ダイオードセグメントは、前記第１ダイオードセグメントと連続しており、
前記第１ダイオードセグメントは、第１真性電界が、前記光導波路の前記長手方向中心線と実質的に垂直な第１方向に前記第１ダイオードセグメントを横切って伸びるように、前記光導波路を横切って第１ダイオードを形成するよう構成され、前記第２ダイオードセグメントは、第２真性電界が、前記第１方向と反対向きの第２方向に前記第２ダイオードセグメントを横切って伸びるように、前記光導波路を横切って第２ダイオードを形成するよう構成され、
前記コア領域の前記第１側の位置で前記第１ダイオードセグメントおよび前記第２ダイオードセグメントを電気接続するように配置されている第１導電体と、
前記コア領域の前記第２側の位置で前記第１ダイオードセグメントおよび前記第２ダイオードセグメントを電気接続するように配置されている第２導電体と、
を備える、光導波路。
【請求項2】
請求項１に記載の光導波路であって、前記コア領域、前記第１クラッド領域、および、前記第２クラッド領域は、シリコンで形成されている、光導波路。
【請求項3】
請求項２に記載の光導波路であって、前記コア領域、前記第１クラッド領域、および、前記第２クラッド領域は、モノリシック構造として形成されている、光導波路。
【請求項4】
請求項２に記載の光導波路であって、前記第１導電体は、シリサイドの第１領域として形成され、前記第２導電体は、シリサイドの第２領域として形成されている、光導波路。
【請求項5】
請求項１に記載の光導波路であって、前記第１導電体は、前記第１ダイオードセグメントの第１領域および前記第２ダイオードセグメントの第１領域の両方の上に配置されている第１導電構造として形成され、前記第２導電体は、前記第１ダイオードセグメントの第２領域および前記第２ダイオードセグメントの第２領域の両方の上に配置されている第２導電構造として形成されている、光導波路。
【請求項6】
請求項１に記載の光導波路であって、前記第１ダイオードは、第１ＰＩＮダイオードであり、前記第２ダイオードは、第２ＰＩＮダイオードである、光導波路。
【請求項7】
請求項６に記載の光導波路であって、前記第１ＰＩＮダイオードは、前記コア領域に対して前記第１ダイオードセグメント内の前記第１クラッド領域の外側部分に形成されている第１Ｐドープ領域と、前記コア領域に対して前記第１ダイオードセグメント内の前記第２クラッド領域の外側部分に形成されている第１Ｎドープ領域と、前記第１Ｐドープ領域および前記第１Ｎドープ領域の間に伸びている第１真性領域と、を備え、前記第２ＰＩＮダイオードは、前記コア領域に対して前記第２ダイオードセグメント内の前記第２クラッド領域の外側部分に形成されている第２Ｐドープ領域と、前記コア領域に対して前記第２ダイオードセグメント内の前記第１クラッド領域の外側部分に形成されている第２Ｎドープ領域と、前記第２Ｐドープ領域および前記第２Ｎドープ領域の間に伸びている第２真性領域と、を備える、光導波路。
【請求項8】
請求項７に記載の光導波路であって、前記第１Ｐドープ領域は、前記第２Ｎドープ領域と連続しており、前記第１Ｎドープ領域は、前記第２Ｐドープ領域と連続している、光導波路。
【請求項9】
請求項７に記載の光導波路であって、前記第１真性領域は、前記第１ダイオードセグメント内の前記コア領域の全部を含み、前記第１真性領域は、前記コア領域に隣接して前記第１ダイオードセグメント内の前記コア領域の全長に沿って伸びている前記第１クラッド領域の第１部分を含み、前記第１真性領域は、前記コア領域に隣接して前記第１ダイオードセグメント内の前記コア領域の前記全長に沿って伸びている前記第２クラッド領域の第１部分を含み、前記第２真性領域は、前記第２ダイオードセグメント内の前記コア領域の全部を含み、前記第２真性領域は、前記コア領域に隣接して前記第２ダイオードセグメント内の前記コア領域の全長に沿って伸びている前記第１クラッド領域の第２部分を含み、前記第２真性領域は、前記コア領域に隣接して前記第２ダイオードセグメント内の前記コア領域の前記全長に沿って伸びている前記第２クラッド領域の第２部分を含む、光導波路。
【請求項10】
請求項１に記載の光導波路であって、前記第１ダイオードは、第１ＰＮダイオードであり、前記第２ダイオードは、第２ＰＮダイオードである、光導波路。
【請求項11】
請求項１０に記載の光導波路であって、前記第１ＰＮダイオードは、前記第１ダイオードセグメント内の前記光導波路の前半部分内に形成されている第１Ｐドープ領域を備え、前記光導波路の前記前半部分は、前記光導波路の前記長手方向中心線から前記第１方向へ外向きに伸び、前記第１ＰＮダイオードは、前記第１ダイオードセグメント内の前記光導波路の後半部分内に形成されている第１Ｎドープ領域を備え、前記光導波路の前記後半部分は、前記光導波路の前記長手方向中心線から前記第２方向へ外向きに伸び、第１空乏領域が、前記第１Ｐドープ領域と前記第１Ｎドープ領域との間の界面に沿って前記第１ダイオードセグメント内に存在し、前記第２ＰＮダイオードは、前記第２ダイオードセグメント内の前記光導波路の前記後半部分内に形成されている第２Ｐドープ領域を備え、前記第２ＰＮダイオードは、前記第２ダイオードセグメント内の前記光導波路の前記前半部分内に形成されている第２Ｎドープ領域を備え、第２空乏領域が、前記第２Ｐドープ領域と前記第２Ｎドープ領域との間の界面に沿って前記第２ダイオードセグメント内に存在する、光導波路。
【請求項12】
請求項１１に記載の光導波路であって、前記第１空乏領域は、前記第１ダイオードセグメント内の前記コア領域の全部を含み、前記第２空乏領域は、前記第２ダイオードセグメント内の前記コア領域の全部を含む、光導波路。
【請求項13】
請求項１２に記載の光導波路であって、前記第１空乏領域は、前記コア領域に隣接して前記第１ダイオードセグメント内の前記コア領域の全長に沿って伸びている前記第１クラッド領域の第１部分を含み、前記第１空乏領域は、前記コア領域に隣接して前記第１ダイオードセグメント内の前記コア領域の前記全長に沿って伸びている前記第２クラッド領域の第１部分を含み、前記第２空乏領域は、前記コア領域に隣接して前記第２ダイオードセグメント内の前記コア領域の全長に沿って伸びている前記第１クラッド領域の第２部分を含み、前記第２空乏領域は、前記コア領域に隣接して前記第２ダイオードセグメント内の前記コア領域の前記全長に沿って伸びている前記第２クラッド領域の第２部分を含む、光導波路。
【請求項14】
請求項１１に記載の光導波路であって、前記第１Ｐドープ領域は、前記第２Ｎドープ領域と連続しており、前記第１Ｎドープ領域は、前記第２Ｐドープ領域と連続している、光導波路。
【請求項15】
請求項１に記載の光導波路であって、前記光導波路は、前記光導波路の長さに沿って前記第１ダイオードセグメントおよび前記第２ダイオードセグメントを繰り返し交互に備える、光導波路。
【請求項16】
請求項１に記載の光導波路であって、前記第１クラッド領域は、第１内側クラッド領域および第１外側クラッド領域を含み、前記第１内側クラッド領域は、前記コア領域と前記第１外側クラッド領域との間に伸びており、前記第１外側クラッド領域の厚さは、前記第１内側クラッド領域の厚さよりも厚く、前記第２クラッド領域は、第２内側クラッド領域および第２外側クラッド領域を含み、前記第２内側クラッド領域は、前記コア領域と前記第２外側クラッド領域との間に伸びており、前記第２外側クラッド領域の厚さは、前記第２内側クラッド領域の厚さよりも厚い、光導波路。
【請求項17】
請求項１６に記載の光導波路であって、前記コア領域の厚さは、前記第１内側クラッド領域の厚さよりも厚く、前記コア領域の厚さは、前記第２内側クラッド領域の厚さよりも厚い、光導波路。
【請求項18】
請求項１７に記載の光導波路であって、前記第２内側クラッド領域の厚さは、前記第１内側クラッド領域の厚さと実質的に等しく、前記第２外側クラッド領域の厚さは、前記第１外側クラッド領域の厚さと実質的に等しい、光導波路。
【請求項19】
請求項１に記載の光導波路であって、前記第１ダイオードは、前記光導波路の外部の任意の電気回路に接続されておらず、前記第２ダイオードは、前記光導波路の外部の任意の電気回路に接続されていない、光導波路。
【請求項20】
光導波路であって、前記光導波路を通る光伝搬方向に対応する前記光導波路の長手方向中心線に実質的に沿って伸びているコア領域と、
前記コア領域の第１側に沿って形成されている第１クラッド領域と、
前記コア領域の第２側に沿って形成されている第２クラッド領域と、
前記光導波路は、Ｎドープ領域と、Ｐドープ領域と、前記Ｎドープ領域および前記Ｐドープ領域の間に配置されている真性領域と、を備え、前記Ｎドープ領域は、前記第１クラッド領域内に形成されている第１長手方向部分と、前記第２クラッド領域内に形成されている第２長手方向部分と、前記Ｎドープ領域の前記第１長手方向部分および前記第２長手方向部分の間に伸びるよう形成されている短手方向部分と、を備え、前記Ｐドープ領域は、前記第２クラッド領域内に形成されている第１長手方向部分と、前記第１クラッド領域内に形成されている第２長手方向部分と、前記Ｐドープ領域の前記第１長手方向部分および前記第２長手方向部分の間に伸びるよう形成されている短手方向部分と、を備え、
前記第１クラッド領域の上方の位置で、前記Ｎドープ領域の前記第１長手方向部分および前記Ｐドープ領域の前記第２長手方向部分を電気接続するために配置されている第１導電体と、
前記第２クラッド領域の上方の位置で、前記Ｐドープ領域の前記第１長手方向部分および前記Ｎドープ領域の前記第２長手方向部分を電気接続するために配置されている第２導電体と、
を備え、
前記Ｎドープ領域の前記第１長手方向部分、前記Ｐドープ領域の前記第１長手方向部分、および、前記真性領域は集合的に、前記光導波路を横切るＰＩＮダイオードを形成し、前記第１導電体および前記第２導電体は集合的に、真性電界が前記コア領域を横切って前記Ｎドープ領域から前記Ｐドープ領域まで伸びるように、前記Ｎドープ領域と前記Ｐドープ領域との間の電気ループを閉じている、光導波路。
【請求項21】
請求項２０に記載の光導波路であって、前記コア領域、前記第１クラッド領域、および、前記第２クラッド領域は、シリコンで形成されている、光導波路。
【請求項22】
請求項２１に記載の光導波路であって、前記コア領域、前記第１クラッド領域、および、前記第２クラッド領域は、モノリシック構造として形成されている、光導波路。
【請求項23】
請求項２１に記載の光導波路であって、前記第１導電体は、シリサイドの第１領域として形成され、前記第２導電体は、シリサイドの第２領域として形成されている、光導波路。
【請求項24】
請求項２０に記載の光導波路であって、前記第１導電体は、前記Ｎドープ領域の前記第１長手方向部分および前記Ｐドープ領域の前記第２長手方向部分の両方の上に配置されている第１導電構造として形成され、前記第２導電体は、前記Ｐドープ領域の前記第１長手方向部分および前記Ｎドープ領域の前記第２長手方向部分の両方の上に配置されている第２導電構造として形成されている、光導波路。
【請求項25】
請求項２０に記載の光導波路であって、前記Ｎドープ領域の前記短手方向部分は、前記コア領域を横切って伸びており、前記Ｐドープ領域の前記短手方向部分は、前記コア領域を横切って伸びている、光導波路。
【請求項26】
請求項２０に記載の光導波路であって、前記真性領域が、前記Ｎドープ領域の前記第１長手方向部分と前記Ｐドープ領域の前記第１長手方向部分との間の前記コア領域を含むように、前記Ｎドープ領域の前記第１長手方向部分は、前記コア領域に対して前記第１クラッド領域の外側部分に形成され、前記Ｐドープ領域の前記第１長手方向部分は、前記コア領域に対して前記第２クラッド領域の外側部分に形成されている、光導波路。
【請求項27】
請求項２０に記載の光導波路であって、前記Ｐドープ領域の前記第２長手方向部分は、前記Ｎドープ領域の前記第１長手方向部分と連続しており、前記Ｎドープ領域の前記第２長手方向部分は、前記Ｐドープ領域の前記第１長手方向部分と連続している、光導波路。
【請求項28】
請求項２０に記載の光導波路であって、前記Ｎドープ領域は、前記光導波路の外部の任意の電気回路に接続されておらず、前記Ｐドープ領域は、前記光導波路の外部の任意の電気回路に接続されていない、光導波路。
【請求項29】
光導波路内の光損失を低減するための方法であって、コア領域と、第１クラッド領域と、第２クラッド領域とを備える光導波路を準備し、
前記コア領域は、前記光導波路を通る光伝搬方向に対応する前記光導波路の長手方向中心線に実質的に沿って伸び、前記第１クラッド領域は、前記コア領域の第１側に沿って形成され、前記第２クラッド領域は、前記コア領域の第２側に沿って形成され、
前記光導波路は、前記コア領域、前記第１クラッド領域、および、前記第２クラッド領域のそれぞれの部分を各々備える第１ダイオードセグメントおよび第２ダイオードセグメントを備え、前記第２ダイオードセグメントは、前記第１ダイオードセグメントと連続し、
前記第１ダイオードセグメントは、第１真性電界が、前記光導波路の前記長手方向中心線と実質的に垂直な第１方向に前記第１ダイオードセグメントを横切って伸びるように、前記光導波路を横切って第１ダイオードを形成するよう構成され、前記第２ダイオードセグメントは、第２真性電界が、前記第１方向と反対向きの第２方向に前記第２ダイオードセグメントを横切って伸びるように、前記光導波路を横切って第２ダイオードを形成するよう構成され、
前記光導波路は、前記コア領域の前記第１側の位置で前記第１ダイオードセグメントおよび前記第２ダイオードセグメントを電気接続するように配置されている第１導電体を備え、前記光導波路は、前記コア領域の前記第２側の位置で前記第１ダイオードセグメントおよび前記第２ダイオードセグメントを電気接続するように配置されている第２導電体を備え、
光の一部が前記コア領域内で自由キャリアを生成するように、前記光導波路の前記コア領域を通して前記光を伝達することを備え、前記生成された自由キャリアは、前記第１真性電界によって前記光導波路の前記第１ダイオードセグメント内の前記コア領域からスイープアウトされ、前記生成された自由キャリアは、前記第２真性電界によって前記光導波路の前記第２ダイオードセグメント内の前記コア領域からスイープアウトされる、方法。
【請求項30】
光伝達デバイスを製造するための方法であって、コア領域と、第１クラッド領域と、第２クラッド領域とを備える光導波路を形成し、前記コア領域は、前記光導波路を通る光伝搬方向に対応する前記光導波路の長手方向中心線に実質的に沿って伸び、前記第１クラッド領域は、前記コア領域の第１側に沿って形成され、前記第２クラッド領域は、前記コア領域の第２側に沿って形成され、
前記光導波路の第１ダイオードセグメント内に第１ダイオードを形成し、前記第１ダイオードセグメントは、前記コア領域の第１部分と、前記第１クラッド領域の第１部分と、前記第２クラッド領域の第１部分と、を備え、前記第１ダイオードは、第１真性電界が、前記光導波路の前記長手方向中心線と実質的に垂直な第１方向に前記コア領域の前記第１部分を通して伸びるように、前記第１クラッド領域の前記第１部分内に形成されているＮドープ領域と、前記第２クラッド領域の前記第１部分内に形成されているＰドープ領域と、を備え、
前記光導波路の第２ダイオードセグメント内に第２ダイオードを形成し、前記第２ダイオードセグメントは、前記コア領域の第２部分と、前記第１クラッド領域の第２部分と、前記第２クラッド領域の第２部分と、を備え、前記第２ダイオードは、第２真性電界が、前記第１方向と反対向きの第２方向に前記コア領域の前記第２部分を通して伸びるように、前記第１クラッド領域の前記第２部分内に形成されているＰドープ領域と、前記第２クラッド領域の前記第２部分内に形成されているＮドープ領域と、を備え、
前記第１ダイオードの前記Ｎドープ領域を前記第２ダイオードの前記Ｐドープ領域へ電気接続し、
前記第１ダイオードの前記Ｐドープ領域を前記第２ダイオードの前記Ｎドープ領域へ電気接続すること、
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【0001】
【技術分野】
【0002】
開示されている実施形態は、光データ通信に関する。
【0003】
【関連技術】
【0004】
光データ通信システムは、デジタルデータパターンを符号化するためにレーザ光を変調することによって動作する。変調レーザ光は、光データネットワークを通して送信ノードから受信ノードへ送信される。受信ノードに到達した変調レーザ光は、元のデジタルデータパターンを取得するために復調される。したがって、光データ通信システムの実装および動作は、光信号の伝達、光信号の変調、および、光信号の受信のための信頼性の高い効率的なデバイスを有することに依存する。開示されている実施形態は、この文脈で生まれたものである。
【発明の概要】
【0005】
一実施形態例において、光導波路が開示されている。光導波路は、光導波路を通る光伝搬方向に対応する光導波路の長手方向中心線に実質的に沿って伸びているコア領域を備える。光導波路は、さらに、コア領域の第１側に沿って形成されている第１クラッド領域を備える。光導波路は、さらに、コア領域の第２側に沿って形成されている第２クラッド領域を備える。光導波路は、コア領域、第１クラッド領域、および、第２クラッド領域のそれぞれの部分を各々備える第１ダイオードセグメントおよび第２ダイオードセグメントを備える。第２ダイオードセグメントは、第１ダイオードセグメントと連続している。第１ダイオードセグメントは、第１真性電界が、光導波路の長手方向中心線と実質的に垂直な第１方向に第１ダイオードセグメントを横切って伸びるように、光導波路を横切って第１ダイオードを形成するよう構成されている。第２ダイオードセグメントは、第２真性電界が、第１方向と反対向きの第２方向に第２ダイオードセグメントを横切って伸びるように、光導波路を横切って第２ダイオードを形成するよう構成されている。第１導電体が、コア領域の第１側の位置で第１ダイオードセグメントおよび第２ダイオードセグメントを電気接続するように配置されている。第２導電体が、コア領域の第２側の位置で第１ダイオードセグメントおよび第２ダイオードセグメントを電気接続するように配置されている。
【0006】
一実施形態例において、光導波路が開示されている。光導波路は、光導波路を通る光伝搬方向に対応する光導波路の長手方向中心線に実質的に沿って伸びているコア領域を備える。光導波路は、さらに、コア領域の第１側に沿って形成されている第１クラッド領域を備える。光導波路は、さらに、コア領域の第２側に沿って形成されている第２クラッド領域を備える。光導波路は、Ｎドープ領域と、Ｐドープ領域と、Ｎドープ領域およびＰドープ領域の間に配置されている真性領域と、を備える。Ｎドープ領域は、第１クラッド領域内に形成されている第１長手方向部分と、第２クラッド領域内に形成されている第２長手方向部分と、Ｎドープ領域の第１長手方向部分および第２長手方向部分の間に伸びるよう形成されている短手方向部分と、を備える。Ｐドープ領域は、第２クラッド領域内に形成されている第１長手方向部分と、第１クラッド領域内に形成されている第２長手方向部分と、Ｐドープ領域の第１長手方向部分および第２長手方向部分の間に伸びるよう形成されている短手方向部分と、を備える。第１導体が、第１クラッド領域の上方の位置で、Ｎドープ領域の第１長手方向部分およびＰドープ領域の第２長手方向部分を電気接続するために配置されている。第２導電体が、第２クラッド領域の上方の位置で、Ｐドープ領域の第１長手方向部分およびＮドープ領域の第２長手方向部分を電気接続するために配置されている。Ｎドープ領域の第１長手方向部分、Ｐドープ領域の第１長手方向部分、および、真性領域は集合的に、光導波路を横切るＰＩＮダイオードを形成している。第１導電体および第２導電体は集合的に、真性電界がコア領域を横切ってＮドープ領域からＰドープ領域まで伸びるように、Ｎドープ領域とＰドープ領域との間の電気ループを閉じている。
【0007】
一実施形態例において、光導波路内の光損失を低減するための方法が開示されている。方法は、コア領域と、第１クラッド領域と、第２クラッド領域とを備える光導波路を準備することを備える。コア領域は、光導波路を通る光伝搬方向に対応する光導波路の長手方向中心線に実質的に沿って伸びている。第１クラッド領域は、コア領域の第１側に沿って形成されている。第２クラッド領域は、コア領域の第２側に沿って形成されている。光導波路は、コア領域、第１クラッド領域、および、第２クラッド領域のそれぞれの部分を各々備える第１ダイオードセグメントおよび第２ダイオードセグメントを備える。第２ダイオードセグメントは、第１ダイオードセグメントと連続している。第１ダイオードセグメントは、第１真性電界が、光導波路の長手方向中心線と実質的に垂直な第１方向に第１ダイオードセグメントを横切って伸びるように、光導波路を横切って第１ダイオードを形成するよう構成されている。第２ダイオードセグメントは、第２真性電界が、第１方向と反対向きの第２方向に第２ダイオードセグメントを横切って伸びるように、光導波路を横切って第２ダイオードを形成するよう構成されている。光導波路は、さらに、コア領域の第１側の位置で第１ダイオードセグメントおよび第２ダイオードセグメントを電気接続するように配置されている第１導電体を備える。光導波路は、さらに、コア領域の第２側の位置で第１ダイオードセグメントおよび第２ダイオードセグメントを電気接続するように配置されている第２導電体を備える。方法は、さらに、光の一部がコア領域内で自由キャリアを生成するように、光導波路のコア領域を通して光を伝達することを備え、生成された自由キャリアは、第１真性電界によって光導波路の第１ダイオードセグメント内のコア領域からスイープアウトされ、生成された自由キャリアは、第２真性電界によって光導波路の第２ダイオードセグメント内のコア領域からスイープアウトされる。
【0008】
一実施形態例において、光伝達デバイスを製造するための方法が開示されている。方法は、コア領域と、第１クラッド領域と、第２クラッド領域とを備える光導波路を形成することを備える。コア領域は、光導波路を通る光伝搬方向に対応する光導波路の長手方向中心線に実質的に沿って伸びている。第１クラッド領域は、コア領域の第１側に沿って形成される。第２クラッド領域は、コア領域の第２側に沿って形成される。方法は、さらに、光導波路の第１ダイオードセグメント内に第１ダイオードを形成することを備える。第１ダイオードセグメントは、コア領域の第１部分と、第１クラッド領域の第１部分と、第２クラッド領域の第１部分と、を備える。第１ダイオードは、第１真性電界が、光導波路の長手方向中心線と実質的に垂直な第１方向にコア領域の第１部分を通して伸びるように、第１クラッド領域の第１部分内に形成されているＮドープ領域と、第２クラッド領域の第１部分内に形成されているＰドープ領域と、を備える。方法は、さらに、光導波路の第２ダイオードセグメント内に第２ダイオードを形成することを備える。第２ダイオードセグメントは、コア領域の第２部分と、第１クラッド領域の第２部分と、第２クラッド領域の第２部分と、を備える。第２ダイオードは、第２真性電界が、第１方向と反対向きの第２方向にコア領域の第２部分を通して伸びるように、第１クラッド領域の第２部分内に形成されているＰドープ領域と、第２クラッド領域の第２部分内に形成されているＮドープ領域と、を備える。方法は、さらに、第１ダイオードのＮドープ領域を第２ダイオードのＰドープ領域へ電気接続することを備える。方法は、さらに、第１ダイオードのＰドープ領域を第２ダイオードのＮドープ領域へ電気接続することを備える。
【0009】
開示されている実施形態のその他の態様および利点については、開示されている実施形態を例示した添付図面を参照しつつ行う以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1A】いくつかの実施形態に従って、光導波路を示す上面図。
【0011】
【0012】
【図2A】いくつかの実施形態に従って、光導波路を示す上面図。
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【図2E】いくつかの実施形態に従って、光導波路の湾曲部分を示す図。
【0017】
【0018】
【図2G】いくつかの実施形態に従って、コア領域内での一次光モードと、第２外側クラッド領域の様々な幅に対する第２外側クラッド領域内での一次光モードとについての光導波路の長手方向中心線の曲率半径の関数として、光学角度伝搬定数のプロットを示す図。
【0019】
【0020】
【図4A】いくつかの実施形態に従って、光導波路を示す上面図。
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【図5A】いくつかの実施形態に従って、光導波路を示す上面図。
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【図6】いくつかの実施形態に従って、光導波路内の光損失を低減するための方法を示すフローチャート。
【0032】
【図7】いくつかの実施形態に従って、光伝達デバイスを製造するための方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下では、開示されている実施形態を理解できるように、多くの具体的な詳細事項について説明する。ただし、当業者にとって明らかなように、開示されている実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部または全部がなくとも実施可能である。また、開示されている実施形態が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略している。
【0034】
シリコンのバンドギャップエネルギは、テレコム周波数では光子よりも大きいので、シリコン光導波路の光学（光）吸収損失は、典型的には無視できるほどである。しかしながら、２つの光子のエネルギは、シリコンのバンドギャップエネルギを超え、シリコン光導波路における二光子吸収（ＴＰＡ）として知られるものを引き起こしうる。２つの光子がシリコン光導波路内で吸収される可能性は、シリコン光導波路を通して伝搬する光の強度に伴って二次関数的に増大する。したがって、シリコン光導波路におけるＴＰＡは、二次光吸収効果であり、より高い光パワーで顕著である。ＴＰＡは、さらなる光学損失項を導入するが、シリコン光導波路における自由キャリア密度生成の増大は、より高い光パワーでシリコン光導波路における線形光損失へのさらに重要な寄与因子となりうる。シリコン光導波路内で生成された自由キャリア（電子およびホール）は、高い自由キャリア光吸収損失を生む。自由キャリア光吸収光損失は、二次過程によって生み出される線形損失であるため、三次効果である。ＴＰＡおよび自由キャリア光吸収に起因する光導波路での光吸収損失は、式１で表され、ここで、Ｉは、光強度であり、ｚは、光導波路に沿った光伝搬距離であり、α’は、光導波路内の自由キャリアに起因する線形光損失係数であり、τは、光導波路内の自由キャリア寿命であり、β’は、ＴＰＡ係数である。
【0035】
式１ （Ｉ/ｚ）＝－α’・τ・β’Ｉ３
【0036】
光導波路内の自由キャリア寿命τは、主要パラメータであり、これは、様々な方法で短縮されうる。例えば、いくつかの実施形態において、光導波路の加工は、シリコンにおける自由キャリアの再結合速度を増大させ、それに応じてシリコン光導波路内の自由キャリア寿命τを短縮するように、調整される。いくつかの実施形態において、自由キャリアは、電界によって光導波路から除去される。より具体的には、電界が、光導波路にわたって形成され、この電界は、一次光モードが伝搬する光導波路のコア領域から、荷電した自由キャリア（電子およびホール）を引き離すため、その結果、荷電した自由キャリアは、コア領域内で光吸収損失を引き起こしえない。このプロセスは、キャリアスイープアウトとして知られており、自由キャリア濃度に対応する光損失（上述した三次光吸収損失など）を大幅に低減できる。いくつかの実施形態において、逆バイアスモードで動作されるダイオードが、キャリアスイープアウトのために光導波路にわたって電界を生成するために用いられる。
【0037】
図１Ａは、いくつかの実施形態に従って、光導波路１００を示す上面図である。図１Ｂは、いくつかの実施形態に従って、図１Ａの矢視線Ａ－Ａにおける光導波路１００を示す垂直断面図である。いくつかの実施形態において、光導波路１００は、シリコンで形成されている。いくつかの実施形態において、光導波路１００は、光導波路１００を形成するために用いられた材料とは異なる光屈折率を有する１または複数の材料によって取り囲まれている。例えば、いくつかの実施形態において、光導波路１００は、シリコンで形成され、二酸化シリコンによって取り囲まれている。様々な実施形態において、シリコンで形成されている光導波路１００が、シリコンとは異なる光屈折率を有する基本的に任意の光クラッド材料によって取り囲まれうることを理解されたい。
【0038】
光導波路１００は、コア領域１０３、第１クラッド領域１０２、および、第２クラッド領域１０４を備える。いくつかの実施形態において、コア領域１０３、第１クラッド領域１０２、および、第２クラッド領域１０４は、モノリシック構造のそれぞれの部分として形成されている。コア領域１０３は、光導波路１００の幅１０１の方向において、第１クラッド領域１０２と第２クラッド領域１０４との間に形成されている。コア領域１０３は、光導波路１００の長手方向中心線１０６に実質的に沿って伸びている。光導波路１００の長手方向中心線１０６は、光導波路１００を通る光伝搬方向１４９に対応する。いくつかの実施形態において、第１クラッド領域１０２は、第１内側クラッド領域１０５および第１外側クラッド領域１０９を含む。第１内側クラッド領域１０５は、コア領域１０３と第１外側クラッド領域１０９との間に伸びている。いくつかの実施形態において、第１外側クラッド領域１０９の厚さ１１３は、第１内側クラッド領域１０５の厚さ１１５よりも厚い。
【0039】
いくつかの実施形態において、第２クラッド領域１０４は、第２内側クラッド領域１０７および第２外側クラッド領域１１１を含む。第２内側クラッド領域１０７は、コア領域１０３と第２外側クラッド領域１１１との間に伸びている。いくつかの実施形態において、第２外側クラッド領域１１１の厚さ１１７は、第２内側クラッド領域１０７の厚さ１１９よりも厚い。いくつかの実施形態において、コア領域１０３の厚さ１２１は、第１内側クラッド領域１０５の厚さ１１５よりも厚い。また、いくつかの実施形態において、コア領域１０３の厚さ１２１は、第２内側クラッド領域１０７の厚さ１１９よりも厚い。いくつかの実施形態において、第２内側クラッド領域１０７の厚さ１１９は、第１内側クラッド領域１０５の厚さ１１５と実質的に等しい。いくつかの実施形態において、第２外側クラッド領域１１１の厚さ１１７は、第１外側クラッド領域１０９の厚さ１１３と実質的に等しい。いくつかの実施形態において、光導波路１００は、第１内側クラッド領域１０５の厚さ１１５および第２内側クラッド領域１０７の厚さ１１９が小さくなっていることから、リブ型導波路と呼ばれる。
【0040】
光は、光伝搬方向１４９に光導波路１００のコア領域１０３を通過する。より高い光パワーレベルで、コア領域１０３を通過する光は、ＴＰＡを引き起こし、ＴＰＡは、コア領域１０３内で自由キャリア（電子（ｅ）およびホール（ｈ））を生成する。次に、コア領域１０３で生成された自由キャリアは、コア領域１０３を通過する光の自由キャリア光吸収を引き起こし、これは、光導波路１００内での高い光損失につながる。したがって、コア領域１０３を通過する光の自由キャリア光吸収を低減するために、ＴＰＡによって生成された自由キャリアをコア領域１０３から除去することに関心がある。コア領域１０３を通過する光の自由キャリア光吸収を低減する目的で、コア領域１０３内から自由キャリアを引っ張る／スイープアウトするよう機能する真性電界をコア領域１０３にわたって生成するために、光導波路１００を改良するための様々な実施形態が、本明細書で開示されている。
【0041】
図２Ａは、いくつかの実施形態に従って、光導波路２００を示す上面図である。図２Ｂは、いくつかの実施形態に従って、図２Ａの矢視線Ａ－Ａにおける光導波路２００を示す垂直断面図である。図２Ｃは、いくつかの実施形態に従って、図２Ａの矢視線Ｂ－Ｂにおける光導波路２００を示す垂直断面図である。光導波路２００は、光導波路１００の改良例である。光導波路２００は、図１Ａ～図１Ｂに関して上述したように、コア領域１０３、第１クラッド領域１０２、および、第２クラッド領域１０４を備える。第１クラッド領域１０２は、コア領域１０３の第１側に沿って形成されている。第２クラッド領域１０４は、コア領域１０３の第２側に沿って形成されている。光導波路２００は、第１ダイオードセグメント２４１、第２ダイオードセグメント２４２、第３ダイオードセグメント２４３、および、第４ダイオードセグメント２４４を備える。第１ダイオードセグメント２４１、第２ダイオードセグメント２４２、第３ダイオードセグメント２４３、および、第４ダイオードセグメント２４４の各々は、コア領域１０３、第１クラッド領域１０２、および、第２クラッド領域１０４のそれぞれの部分を含む。いくつかの実施形態において、第２ダイオードセグメント２４２は、第１ダイオードセグメント２４１および第３ダイオードセグメント２４３の両方と隣接しており、第４ダイオードセグメント２４４は、第３ダイオードセグメント２４３と隣接している。説明を簡単にするために、図２Ａは、光導波路２００の一部を図示していることを理解されたい。第１ダイオードセグメント２４１、第２ダイオードセグメント２４２、第３ダイオードセグメント２４３、および、第４ダイオードセグメント２４４の構成のパターンは、光導波路２００の長さに沿って続いている。したがって、様々な実施形態において、光導波路２００は、４つのダイオードセグメント２４１、２４２、２４３、および、２４４だけではなく、それより多くのセグメントを備える。
【0042】
第１ダイオードセグメント２４１は、第１真性電界Ｅ１が、光導波路２００の長手方向中心線１０６と実質的に垂直な第１方向２５１に第１ダイオードセグメント２４１を横切って伸びるように、光導波路２００を横切って第１ダイオードを形成するよう構成されている。第２ダイオードセグメント２４２は、第２真性電界Ｅ２が、第１方向２５１と反対向きの第２方向２５２に第２ダイオードセグメント２４２を横切って伸びるように、光導波路２００を横切って第２ダイオードを形成するよう構成されている。第３ダイオードセグメント２４３は、第３真性電界Ｅ３が、第２方向２５２と反対向きの第３方向２５３に第３ダイオードセグメント２４３を横切って伸びるように、光導波路２００を横切って第３ダイオードを形成するよう構成されている。第４ダイオードセグメント２４４は、第４真性電界Ｅ４が、第３方向２５３と反対向きの第４方向２５４に第４ダイオードセグメント２４４を横切って伸びるように、光導波路２００を横切って第４ダイオードを形成するよう構成されている。
【0043】
いくつかの実施形態において、第１導電体２２９が、コア領域１０３の第１側の第１クラッド領域１０２の上の位置で第１ダイオードセグメント２４１および第２ダイオードセグメント２４２を電気接続するように配置されている。また、いくつかの実施形態において、第２導電体２３１が、コア領域１０３の第２側の第２クラッド領域１０４の上の位置で第１ダイオードセグメント２４１および第２ダイオードセグメント２４２を電気接続するように配置されている。いくつかの実施形態において、第１導電体２２９は、シリサイドの領域として形成され、第２導電体２３１は、シリサイドの別の領域として形成されている。いくつかの実施形態において、第１導電体２２９は、第１ダイオードセグメント２４１の領域および第２ダイオードセグメント２４２の領域の両方の上に配置された導電構造として形成され、第２導電体２３１は、第１ダイオードセグメント２４１の領域および第２ダイオードセグメント２４２の領域の両方の上に配置された導電構造として形成されている。
【0044】
いくつかの実施形態において、第３導電体２３３が、コア領域１０３の第１側の第１クラッド領域１０２の上の位置で第２ダイオードセグメント２４２および第３ダイオードセグメント２４３を電気接続するように配置されている。また、いくつかの実施形態において、第４導電体２３５が、コア領域１０３の第２側の第２クラッド領域１０４の上の位置で第２ダイオードセグメント２４２および第３ダイオードセグメント２４３を電気接続するように配置されている。いくつかの実施形態において、第３導電体２３３は、シリサイドの領域として形成され、第４導電体２３５は、シリサイドの別の領域として形成されている。いくつかの実施形態において、第３導電体２３３は、第２ダイオードセグメント２４２の領域および第３ダイオードセグメント２４３の領域の両方の上に配置された導電構造として形成され、第４導電体２３５は、第２ダイオードセグメント２４２の領域および第３ダイオードセグメント２４３の領域の両方の上に配置された導電構造として形成されている。
【0045】
いくつかの実施形態において、第５導電体２３７が、コア領域１０３の第１側の第１クラッド領域１０２の上の位置で第３ダイオードセグメント２４３および第４ダイオードセグメント２４４を電気接続するように配置されている。また、いくつかの実施形態において、第６導電体２３９が、コア領域１０３の第２側の第２クラッド領域１０４の上の位置で第３ダイオードセグメント２４３および第４ダイオードセグメント２４４を電気接続するように配置されている。いくつかの実施形態において、第５導電体２３７は、シリサイドの領域として形成され、第６導電体２３９は、シリサイドの別の領域として形成されている。いくつかの実施形態において、第５導電体２３７は、第３ダイオードセグメント２４３の領域および第４ダイオードセグメント２４４の領域の両方の上に配置された導電構造として形成され、第６導電体２３９は、第３ダイオードセグメント２４３の領域および第４ダイオードセグメント２４４の領域の両方の上に配置された導電構造として形成されている。
【0046】
いくつかの実施形態において、第１導電体２２９、第３導電体２３３、および、第５導電体２３７は、コア領域１０３の第１側の第１クラッド領域１０２の上の位置で、第１ダイオードセグメント２４１、第２ダイオードセグメント２４２、第３ダイオードセグメント２４３、および、第４ダイオードセグメント２４４にわたって連続的に伸びている共通導電体のそれぞれの部分として形成されている。いくつかの実施形態において、第２導電体２３１、第４導電体２３５、および、第６導電体２３９は、コア領域１０３の第２側の第２クラッド領域１０４の上の位置で、第１ダイオードセグメント２４１、第２ダイオードセグメント２４２、第３ダイオードセグメント２４３、および、第４ダイオードセグメント２４４にわたって連続的に伸びている別の共通導電体のそれぞれの部分として形成されている。
【0047】
第１ダイオードセグメント２４１の第１ダイオードは、光導波路２００を横切る第１ＰＩＮダイオードとして構成されている。第１ダイオードセグメント２４１は、第１クラッド領域１０２の外側部分に形成されているＮドープ領域２１３と、第２クラッド領域１０４の外側部分に形成されているＰドープ領域２１５と、Ｎドープ領域２１３およびＰドープ領域２１５の間の真性領域２１４と、を備える。Ｎドープ領域２１３およびＰドープ領域２１５によって提供される第１ダイオードセグメント２４１の第１ダイオードのビルトイン電圧は、第１ダイオードセグメント２４１を横切り、特に、第１ダイオードセグメント２４１内のコア領域１０３を横切る第１真性電界Ｅ１を確立する。いくつかの実施形態において、真性領域２１４は、第１ダイオードセグメント２４１内のコア領域１０３の全部、第１ダイオードセグメント２４１内の第１クラッド領域１０２の一部、および、第１ダイオードセグメント２４１内の第２クラッド領域１０４の一部を含む。コア領域１０３は、第１真性電界Ｅ１が高い真性領域２１４に存在することを理解されたい。真性領域２１４の幅は、光導波路２００内でのＮドープ領域２１３およびＰドープ領域２１５の重なりを避けるために、十分に広く作られている。Ｎドープ領域２１３、Ｐドープ領域２１５、および、真性領域２１４は、第１ダイオードセグメント２４１内のコア領域１０３の全長に沿って伸びている。
【0048】
第２ダイオードセグメント２４２の第２ダイオードは、光導波路２００を横切る第２ＰＩＮダイオードとして構成されている。第２ダイオードセグメント２４２は、第１クラッド領域１０２の外側部分に形成されているＰドープ領域２１７と、第２クラッド領域１０４の外側部分に形成されているＮドープ領域２１９と、Ｐドープ領域２１７およびＮドープ領域２１９の間の真性領域２１８と、を備える。Ｐドープ領域２１７およびＮドープ領域２１９によって提供される第２ダイオードセグメント２４２の第２ダイオードのビルトイン電圧は、第２ダイオードセグメント２４２を横切り、特に、第２ダイオードセグメント２４２内のコア領域１０３を横切る第２真性電界Ｅ２を確立する。いくつかの実施形態において、真性領域２１８は、第２ダイオードセグメント２４２内のコア領域１０３の全部、第２ダイオードセグメント２４２内の第１クラッド領域１０２の一部、および、第２ダイオードセグメント２４２内の第２クラッド領域１０４の一部を含む。コア領域１０３は、第２真性電界Ｅ２が高い真性領域２１８に存在することを理解されたい。真性領域２１８の幅は、光導波路２００内でのＰドープ領域２１７およびＮドープ領域２１９の重なりを避けるために、十分に広く作られている。Ｐドープ領域２１７、Ｎドープ領域２１９、および、真性領域２１８は、第２ダイオードセグメント２４２内のコア領域１０３の全長に沿って伸びている。第２ダイオードセグメント２４２の第２ダイオードは、方向２５２および２５１によって示されるように、第２真性電界Ｅ２が第１真性電界Ｅ１に対して逆の方向性を有するように、第１ダイオードセグメント２４１の第１ダイオードに対して逆の方向性を有することを理解されたい。
【0049】
第３ダイオードセグメント２４３の第３ダイオードは、光導波路２００を横切る第３ＰＩＮダイオードとして構成されている。第３ダイオードセグメント２４３は、第１クラッド領域１０２の外側部分に形成されているＮドープ領域２２１と、第２クラッド領域１０４の外側部分に形成されているＰドープ領域２２３と、Ｎドープ領域２２１およびＰドープ領域２２３の間の真性領域２２２と、を備える。Ｎドープ領域２２１およびＰドープ領域２２３によって提供される第３ダイオードセグメント２４３の第３ダイオードのビルトイン電圧は、第３ダイオードセグメント２４３を横切り、特に、第３ダイオードセグメント２４３内のコア領域１０３を横切る第３真性電界Ｅ３を確立する。いくつかの実施形態において、真性領域２２２は、第３ダイオードセグメント２４３内のコア領域１０３の全部、第３ダイオードセグメント２４３内の第１クラッド領域１０２の一部、および、第３ダイオードセグメント２４３内の第２クラッド領域１０４の一部を含む。コア領域１０３は、第３真性電界Ｅ３が高い真性領域２２２に存在することを理解されたい。真性領域２２２の幅は、光導波路２００内でのＮドープ領域２２１およびＰドープ領域２２３の重なりを避けるために、十分に広く作られている。Ｎドープ領域２２１、Ｐドープ領域２２３、および、真性領域２２２は、第３ダイオードセグメント２４３内のコア領域１０３の全長に沿って伸びている。第３ダイオードセグメント２４３の第３ダイオードは、方向２５３および２５２によって示されるように、第３真性電界Ｅ３が第２真性電界Ｅ２に対して逆の方向性を有するように、第２ダイオードセグメント２４２の第２ダイオードに対して逆の方向性を有することを理解されたい。
【0050】
第４ダイオードセグメント２４４の第４ダイオードは、光導波路２００を横切る第４ＰＩＮダイオードとして構成されている。第４セグメント２４４は、第１クラッド領域１０２の外側部分に形成されているＰドープ領域２２５と、第２クラッド領域１０４の外側部分に形成されているＮドープ領域２２７と、Ｐドープ領域２２５およびＮドープ領域２２７の間の真性領域２２６と、を備える。Ｐドープ領域２２５およびＮドープ領域２２７によって提供される第４ダイオードセグメント２４４の第４ダイオードのビルトイン電圧は、第４ダイオードセグメント２４４を横切り、特に、第４ダイオードセグメント２４４内のコア領域１０３を横切る第４真性電界Ｅ４を確立する。いくつかの実施形態において、真性領域２２６は、第４ダイオードセグメント２４４内のコア領域１０３の全部、第４ダイオードセグメント２４４内の第１クラッド領域１０２の一部、および、第４ダイオードセグメント２４４内の第２クラッド領域１０４の一部を含む。コア領域１０３は、第４真性電界Ｅ４が高い真性領域２２６に存在することを理解されたい。真性領域２２６の幅は、光導波路２００内でのＰドープ領域２２５およびＮドープ領域２２７の重なりを避けるために、十分に広く作られている。Ｐドープ領域２２５、Ｎドープ領域２２７、および、真性領域２２６は、第４ダイオードセグメント２４４内のコア領域１０３の全長に沿って伸びている。第４ダイオードセグメント２４４の第４ダイオードは、方向２５４および２５３によって示されるように、第４真性電界Ｅ４が第３真性電界Ｅ３に対して逆の方向性を有するように、第３ダイオードセグメント２４３の第３ダイオードに対して逆の方向性を有することを理解されたい。
【0051】
第１ダイオードセグメント２４１および第３ダイオードセグメント２４３は、同じように構成されていることを理解されたい。また、第２ダイオードセグメント２４２および第４ダイオードセグメント２４４は、同じように構成されている。このように、第１ダイオードセグメント２４１および第２ダイオードセグメント２４２の構成は、図２Ａに明示的には示されていない光導波路２００の長さに沿うなど、光導波路２００の長さに沿って、連続的に繰り返される。したがって、光導波路２００は、光導波路２００の長さに沿って第１ダイオードセグメント２４１および第２ダイオードセグメント２４２を繰り返し備える。第１ダイオードセグメント２４１、第２ダイオードセグメント２４２、第３ダイオードセグメント２４３、および、第４ダイオードセグメント２４４が、説明の目的で図２Ａに示されているが、光導波路２００は、交互の方向を有する４つのダイオードセグメントに限定されないことを理解されたい。様々な実施形態において、光導波路２００は、光導波路２００の長さに沿って交互に繰り返されている第１ダイオードセグメント２４１の構成および第２ダイオードセグメント２４２の構成を多くの数備える。いくつかの実施形態において、交互の方向性を有する隣接するダイオードセグメント（２４１／２４２、２４２／２４３、２４３／２４４、など）は、光導波路２００の長手方向で互いに連続している。例えば、第２ダイオードセグメント２４２は、Ｐドープ領域２１７がＮドープ領域２１３と連続し、Ｎドープ領域２１９がＰドープ領域２１５と連続するように、光導波路２００の長手方向で第１ダイオードセグメント２４１と連続している。また、第３ダイオードセグメント２４３は、Ｎドープ領域２２１がＰドープ領域２１７と連続し、Ｐドープ領域２２３がＮドープ領域２１９と連続するように、光導波路２００の長手方向で第２ダイオードセグメント２４２と連続している。また、第４ダイオードセグメント２４４は、Ｐドープ領域２２５がＮドープ領域２２１と連続し、Ｎドープ領域２２７がＰドープ領域２２３と連続するように、光導波路２００の長手方向で第３ダイオードセグメント２４３と連続している。
【0052】
いくつかの実施形態において、第１導電体２２９、第２導電体２３１、第３導電体２３３、第４導電体２３５、第５導電体２３７、および、第６導電体２３９の各々は、シリコン内に低抵抗電気接点を形成するために用いられる材料から形成されている。いくつかの実施形態において、第１導電体２２９、第２導電体２３１、第３導電体２３３、第４導電体２３５、第５導電体２３７、および、第６導電体２３９の各々は、光導波路２００の実質的に外側に形成されている。いくつかの実施形態において、第１導電体２２９、第２導電体２３１、第３導電体２３３、第４導電体２３５、第５導電体２３７、および、第６導電体２３９の各々は、それが電気接続されているドープ領域の各々と実質的に重なるように形成されている。いくつかの実施形態において、第１導電体２２９、第３導電体２３３、および、第５導電体２３７は、Ｎドープ領域２１３、Ｐドープ領域２１７、Ｎドープ領域２２１、および、Ｐドープ領域２２５の上で連続的に伸びているシリサイドの層に置き換えられる。同様に、いくつかの実施形態において、第２導電体２３１、第４導電体２３５、および、第６導電体２３９は、Ｐドープ領域２１５、Ｎドープ領域２１９、Ｐドープ領域２２３、および、Ｎドープ領域２２７の上で連続的に伸びているシリサイドの層に置き換えられる。
【0053】
図２Ｄは、いくつかの実施形態に従って、自由キャリア（電子（ｅ）およびホール（ｈ））が、第１ダイオードセグメント２４１、第２ダイオードセグメント２４２、第３ダイオードセグメント２４３、および、第４ダイオードセグメント２４４のダイオードによってコア領域１０３から引っ張られ／スイープアウトされる様子と共に、図２Ａの光導波路２００を示す上面図である。第１ダイオードセグメント２４１における第１真性電界Ｅ１は、自由キャリア電子（ｅ）をコア領域１０３からＮドープ領域２１３へ引っ張り、自由キャリアホール（ｈ）をコア領域１０３からＰドープ領域２１５へ引っ張る。第２ダイオードセグメント２４２における第２真性電界Ｅ２は、自由キャリア電子（ｅ）をコア領域１０３からＮドープ領域２１９へ引っ張り、自由キャリアホール（ｈ）をコア領域１０３からＰドープ領域２１７へ引っ張る。第３ダイオードセグメント２４３における第３真性電界Ｅ３は、自由キャリア電子（ｅ）をコア領域１０３からＮドープ領域２２１へ引っ張り、自由キャリアホール（ｈ）をコア領域１０３からＰドープ領域２２３へ引っ張る。第４ダイオードセグメント２４４における第４真性電界Ｅ４は、自由キャリア電子（ｅ）をコア領域１０３からＮドープ領域２２７へ引っ張り、自由キャリアホール（ｈ）をコア領域１０３からＰドープ領域２２５へ引っ張る。第１導電体２２９および第２導電体２３１は、第１ダイオードセグメント２４１と第２ダイオードセグメント２４２との間の電気回路の完成を容易にする。第２導電体２３３および第３導電体２３５は、第２ダイオードセグメント２４２と第３ダイオードセグメント２４３との間の電気回路の完成を容易にする。第５導電体２３７および第６導電体２３９は、第３ダイオードセグメント２４３と第４ダイオードセグメント２４４との間の電気回路の完成を容易にする。
【0054】
光導波路２００を横切る真性電界Ｅ１～Ｅ４は、ＴＰＡによってコア領域１０３内で生成された自由キャリアをスイープアウトする。これらの自由キャリアをコア領域１０３から除去することにより、コア領域１０３内の自由キャリア濃度は低いままになり、これは、自由キャリア吸収に起因するコア領域１０３内での光損失を最小化する。第１、第２、第３、および、第４ダイオードセグメント２４１、２４２、２４３、２４４の（光導波路２００の長手方向中心線１０６と垂直な）方向性は、コア領域１０３からの自由キャリアスイープアウトによって生成される電流ループを閉じるために交互になっている。第１、第２、第３、および、第４ダイオードセグメント２４１、２４２、２４３、２４４の内の隣接するセグメントの方向性を交互にしなければ、コア領域１０３からＴＰＡで生じた自由キャリアのスイープアウトによって生成された電流は、第１、第２、第３、および、第４ダイオードセグメント２４１、２４２、２４３、２４４のビルトイン電圧を弱め、それに対応して、コア領域１０３からの自由キャリアスイープアウトを停止／妨害する電荷蓄積を光導波路２００の両側で生み出すことを理解されたい。したがって、光導波路２００の長さに沿って、第１、第２、第３、および、第４ダイオードセグメント２４１、２４２、２４３、２４４の方向性を交互にすることにより、第１、第２、第３、および、第４ダイオードセグメント２４１、２４２、２４３、２４４の内の所与の１つにおいて自由キャリアスイープアウトによって生成される電流は、隣接するダイオードセグメントにおいて生成される電流によってバランスが取られる。
【0055】
例えば、図２Ｄの例において、第１ダイオードセグメント２４１において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流は、第２ダイオードセグメント２４２において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流によってバランスを取られる。第１導電体２２９および第２導電体２３１は、第１ダイオードセグメント２４１と第２ダイオードセグメント２４２との間で電流のバランスを取るのを容易にする。また、第２ダイオードセグメント２４２において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流は、第１ダイオードセグメント２４１および第３ダイオードセグメント２４３において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流によってバランスを取られる。第３導電体２３３および第４導電体２３５は、第２ダイオードセグメント２４２と第３ダイオードセグメント２４３との間で電流のバランスを取ることを容易にする。また、第３ダイオードセグメント２４３において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流は、第２ダイオードセグメント２４２および第４ダイオードセグメント２４４において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流によってバランスを取られる。第５導電体２３７および第６導電体２３９は、第３ダイオードセグメント２４３と第４ダイオードセグメント２４４との間の電流のバランスを取るのを容易にする。また、第４ダイオードセグメント２４４において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流は、第３ダイオードセグメント２４３において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流によってバランスを取られる。
【0056】
図２Ｅは、いくつかの実施形態に従って、光導波路２００の湾曲部分を示す。図２Ｆは、いくつかの実施形態に従って、図２Ｅの矢視線Ｃ－Ｃにおける光導波路２００を示す垂直断面図である。いくつかの実施形態において、光導波路２００の湾曲部分は、全厚１２１のコア領域１０３と、部分厚１１５の第１内側クラッド領域１０５、部分厚１１９の第２内側クラッド領域１０７と、全厚１１３の第１外側クラッド領域１０９と、全厚１１７の第２外側クラッド領域１１１と、を有する。あるいは、光導波路２００の湾曲部分のいくつかの実施形態において、第１外側クラッド領域１０９の厚さ１１３は、第１内側クラッド領域１０５の部分厚１１５と実質的に等しい。また、光導波路２００の湾曲部分のいくつかの実施形態において、第２外側クラッド領域１１１の厚さ１１７は、第２内側クラッド領域１０７の部分厚１１９と実質的に等しい。
【0057】
図２Ｅの例は、ダイオードセグメント２６１～２６７を示している。光導波路２００を横切るダイオードセグメント２６１～２６７の方向性は、光導波路２００の湾曲部分に沿って交互になっている。いくつかの実施形態において、光導波路２００の長手方向中心線１０６は、点２９０を中心とした曲率半径２９１を有する。このように、光導波路２００の湾曲部分の内側２９８は、光導波路２００の長手方向中心線１０６に沿った所与の位置において、光導波路２００の湾曲部分の対応する外側２９９よりも小さい曲率半径を点２９０に関して有する。
【0058】
いくつかの実施形態において、連続導電体２９５が、光導波路２００の湾曲部分の内側２９８に沿って第１外側クラッド領域１０９上に形成されている。また、いくつかの実施形態において、連続導電体２９６が、光導波路２００の湾曲部分の外側２９９に沿って第２外側クラッド領域１１１上に形成されている。いくつかの実施形態において、連続導電体２９５および２９６は、それぞれのシリサイド領域として形成されている。いくつかの実施形態において、連続導電体２９５および２９６は、光導波路２００と電気接触して配置されたそれぞれの導電構造として形成されている。いくつかの実施形態において、連続導電体２９５および２９６を有するのではなく、光導波路２００の湾曲部分は、導電体２２９、２３１、２３３、２３５、２３７、および、２３９に関して上述したものなど、光導波路２００の隣接するＮドープ領域およびＰドープ領域を接続するようにそれぞれ配置された個別の導電体を有するよう形成される。
【0059】
ダイオードセグメント２６１は、Ｎドープ領域２７１と、Ｐドープ領域２７３と、Ｎドープ領域２７１およびＰドープ領域２７３の間に伸びている真性領域２７２と、を備える。ダイオードセグメント２６１は、Ｎドープ領域２７１からＰドープ領域２７３までコア領域１０３を横切って伸びる真性（ビルトイン）電界Ｅ５を有する。ダイオードセグメント２６１は、Ｎドープ領域２７１がＰドープ領域２２５と連続し、Ｐドープ領域２７３がＮドープ領域２２７と連続し、真性領域２７２が真性領域２２６と連続するように、ダイオードセグメント２４４と連続している。
【0060】
次のダイオードセグメント２６２は、Ｐドープ領域２７４と、Ｎドープ領域２７６と、Ｐドープ領域２７４およびＮドープ領域２７６の間に伸びている真性領域２７５と、を備える。ダイオードセグメント２６２は、Ｎドープ領域２７６からＰドープ領域２７４までコア領域１０３を横切って伸びる真性（ビルトイン）電界Ｅ６を有する。ダイオードセグメント２６２は、Ｐドープ領域２７４がＮ領域２７１と連続し、Ｎドープ領域２７６がＰドープ領域２７３と連続し、真性領域２７５が真性領域２７２と連続するように、ダイオードセグメント２６１と連続している。
【0061】
次のダイオードセグメント２６３は、Ｎドープ領域２７７と、Ｐドープ領域２７９と、Ｎドープ領域２７７およびＰドープ領域２７９の間に伸びている真性領域２７８と、を備える。ダイオードセグメント２６３は、Ｎドープ領域２７７からＰドープ領域２７９までコア領域１０３を横切って伸びる真性（ビルトイン）電界Ｅ７を有する。ダイオードセグメント２６３は、Ｎドープ領域２７７がＰドープ領域２７４と連続し、Ｐドープ領域２７９がＮドープ領域２７６と連続し、真性領域２７８が真性領域２７５と連続するように、ダイオードセグメント２６２と連続している。
【0062】
次のダイオードセグメント２６４は、Ｐドープ領域２８０と、Ｎドープ領域２８２と、Ｐドープ領域２８０およびＮドープ領域２８２の間に伸びている真性領域２８１と、を備える。ダイオードセグメント２６４は、Ｎドープ領域２８２からＰドープ領域２８０までコア領域１０３を横切って伸びる真性（ビルトイン）電界Ｅ８を有する。ダイオードセグメント２６４は、Ｐドープ領域２８０がＮ領域２７７と連続し、Ｎドープ領域２８２がＰドープ領域２７９と連続し、真性領域２８１が真性領域２７８と連続するように、ダイオードセグメント２６３と連続している。
【0063】
次のダイオードセグメント２６５は、Ｎドープ領域２８３と、Ｐドープ領域２８５と、Ｎドープ領域２８３およびＰドープ領域２８５の間に伸びている真性領域２８４と、を備える。ダイオードセグメント２６５は、Ｎドープ領域２８３からＰドープ領域２８５までコア領域１０３を横切って伸びる真性（ビルトイン）電界Ｅ９を有する。ダイオードセグメント２６５は、Ｎドープ領域２８３がＰドープ領域２８０と連続し、Ｐドープ領域２８５がＮドープ領域２８２と連続し、真性領域２８４が真性領域２８１と連続するように、ダイオードセグメント２６４と連続している。
【0064】
次のダイオードセグメント２６６は、Ｐドープ領域２８６と、Ｎドープ領域２８８と、Ｐドープ領域２８６およびＮドープ領域２８８の間に伸びている真性領域２８７と、を備える。ダイオードセグメント２６６は、Ｎドープ領域２８８からＰドープ領域２８６までコア領域１０３を横切って伸びる真性（ビルトイン）電界Ｅ１０を有する。ダイオードセグメント２６６は、Ｐドープ領域２８６がＮ領域２８３と連続し、Ｎドープ領域２８８がＰドープ領域２８５と連続し、真性領域２８７が真性領域２８４と連続するように、ダイオードセグメント２６５と連続している。
【0065】
次のダイオードセグメント２６７は、Ｎドープ領域２８９と、Ｐドープ領域２９１と、Ｎドープ領域２８９およびＰドープ領域２９１の間に伸びている真性領域２９０と、を備える。ダイオードセグメント２６７は、Ｎドープ領域２８９からＰドープ領域２９１までコア領域１０３を横切って伸びる真性（ビルトイン）電界Ｅ１１を有する。ダイオードセグメント２６７は、Ｎドープ領域２８９がＰドープ領域２８６と連続し、Ｐドープ領域２９１がＮドープ領域２８８と連続し、真性領域２９０が真性領域２８７と連続するように、ダイオードセグメント２６６と連続している。
【0066】
図２Ｇは、いくつかの実施形態に従って、コア領域１０３内での一次光モードと、第２外側クラッド領域１１１の様々な幅（３００ナノメートル（ｎｍ）、２００ｎｍ、１５０ｎｍ）に対する第２外側クラッド領域１１１内での一次光モードとについて、点２９０を中心とした光導波路２００の長手方向中心線１０６の曲率半径２９１の関数として、光学角度伝搬定数（ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｇｕｌａｒ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ）のプロットを示す。第２外側クラッド領域１１１の幅１１８は、図２Ｆに示されている。図２Ｇは、第２外側クラッド領域１１１の幅１１８が減少するのに伴って、第２外側クラッド領域１１１内の一次光モードの光学角度伝搬定数が小さくなり、その逆も成り立つことを示している。図２Ｇにおける３００ｎｍ幅の外側クラッド領域の曲線は、光導波路２００の曲率半径２９１と第２外側クラッド領域１１１の幅１１８との特定の組みあわせでは、第２外側クラッド領域１１１内の一次光モードの光学角度伝搬定数がコア領域１０３内の一次光モードの光学角度伝搬定数と実質的に一致することを示している。いくつかの実施形態において、第２外側クラッド領域１１１の幅１１８は、コア領域１０３の一次光モードで導かれる光と、第２外側クラッド領域１１１の光モードで導かれる光との間の光位相整合共振を回避するために十分に小さく設定されている。光位相整合共振条件は、光導波路２００の長手方向中心線１０６の曲率半径２９１を考慮に入れ、これは、第２外側クラッド領域１１１の光モードの有効光屈折率を効果的に高める。いくつかの実施形態において、光位相整合共振条件は、光学角度伝搬定数に関して決定される。光導波路２００の湾曲部分が、湾曲部の内側の第１外側クラッド領域１０９および湾曲部の外側の第２外側クラッド領域１１１の両方を有するいくつかの実施形態において、有効光屈折率補正は、第１外側クラッド領域１０９および第２外側クラッド領域１１１について逆になる。
【0067】
光導波路２００の長さに沿ったダイオードセグメント（２４１～２４４および２６１～２６７など）の交互の方向性は、光導波路２００の周りにさらなる電気相互接続構造を有する必要性を回避する。光導波路２００において、コア領域１０３からの自由キャリアのスイープアウトに用いられる電界は、ダイオードセグメント（２４１～２４４および２６１～２６７など）の各々の中のダイオード接合の真性（ビルトイン）電界である。いくつかの実施形態において、コア領域１０３内でのＴＰＡによって生成された電流は、自由キャリアスイープアウト効果を打ち消す傾向がある光導波路２００での電圧降下をもたらすので、光導波路２００に沿ったダイオードセグメント（２４１～２４４および２６１～２６７など）のそれぞれの長さは、光導波路２００を横切る方向性が逆向きであるダイオードセグメント（２４１～２４４および２６１～２６７など）の内の隣接するセグメントの間で電流のバランス取るのを強化するために、より小さくなっている。また、いくつかの実施形態において、光導波路２００に沿った異なるダイオードセグメント（２４１～２４４および２６１～２６７など）のいくつかは、異なる長さ（光導波路２００の長手方向中心線１０６に沿って測定した長さ）を有する。いくつかの実施形態において、光導波路２００に沿った異なるダイオードセグメント（２４１～２４４および２６１～２６７など）の異なる長さは、異なるダイオードセグメント（２４１～２４４および２６１～２６７など）の間の電流密度のアンバランスを補償するように規定される。
【0068】
いくつかの実施形態において、光導波路２００に沿った光学減衰は、ＴＰＡ電流発生に影響し、第１クラッド領域１０２と第２クラッド領域１０４との間の光導波路２００において小さい電圧降下をもたらす電流アンバランスを生み出す。いくつかの実施形態において、光導波路２００に沿った異なるダイオードセグメント（２４１～２４４および２６１～２６７など）の長さは、ＴＰＡ電流発生への光学減衰効果によって引き起こされる光導波路２００に沿った電流密度の差（アンバランス）を補償するように規定される。したがって、いくつかの実施形態において、光導波路２００に沿った異なるダイオードセグメント（２４１～２４４および２６１～２６７など）の長さは、光導波路２００の長さに沿った電流バランスを改善するように規定され、これは、光導波路２００の長さに沿った第１クラッド領域１０２および第２クラッド領域１０４の間の電圧上昇の低減を提供する。
【0069】
いくつかの実施形態において、光導波路２００は、高い光パワーでのＴＰＡ駆動光パワー損失を低減されたシリコン光導波路構造を提供することを理解されたい。図２Ａ～図２Ｆに関して上述したように、いくつかの実施形態において、光導波路２００は、光導波路２００の長さに沿って交互の方向性の複数のダイオード構造を生成するために各側でドープされたリブ型光導波路構造である。また、いくつかの実施形態において、光導波路２００は、光導波路２００の近くまたは上に追加の電気相互接続構造を最低限だけ備えまたは全く備えずに構築され、これは、少なくとも、かかる追加の電気相互接続構造が光導波路２００を通過する光と潜在的に光学干渉しうるので、有益であることを理解されたい。特に、いくつかの実施形態において、光導波路２００は、光導波路２００の長さに沿ったダイオードセグメント（２４１～２４４および２６１～２６７など）のダイオード端子を短絡するために、コア領域１０３上に金属トレースをルーティングすることを必要としない。いくつかの実施形態において、光導波路２００のダイオードセグメント（２４１～２４４および２６１～２６７など）の各々は、光導波路２００の外部の任意の電気回路に接続されていない。
【0070】
図３は、いくつかの実施形態に従って、真性領域２１４、２１８、２２２、２２６の幅が変更されている光導波路２００の様々な実施形態について、異なる光パワーでのコア領域１０３における自由キャリア増大のシミュレーション結果を示す。より具体的には、図３は、光導波路２００を通して伝送される光の光パワーの関数として、コア領域１０３における平均ホール濃度を示している。曲線４０１は、真性領域２１４、２１８、２２２、２２６の各々の幅（長手方向中心線１０６に垂直に測定した幅）が２マイクロメートルである光導波路２００について、コア領域１０３における平均ホール濃度を光パワーの関数として示している。曲線４０２は、真性領域２１４、２１８、２２２、２２６の各々の幅（長手方向中心線１０６に垂直に測定した幅）が１．８マイクロメートルである光導波路２００について、コア領域１０３における平均ホール濃度を光パワーの関数として示している。曲線４０３は、真性領域２１４、２１８、２２２、２２６の各々の幅（長手方向中心線１０６に垂直に測定した幅）が１．６マイクロメートルである光導波路２００について、コア領域１０３における平均ホール濃度を光パワーの関数として示している。曲線４０４は、真性領域２１４、２１８、２２２、２２６の各々の幅（長手方向中心線１０６に垂直に測定した幅）が１．４マイクロメートルである光導波路２００について、コア領域１０３における平均ホール濃度を光パワーの関数として示している。曲線４０５は、真性領域２１４、２１８、２２２、２２６の各々の幅（長手方向中心線１０６に垂直に測定した幅）が１．２マイクロメートルである光導波路２００について、コア領域１０３における平均ホール濃度を光パワーの関数として示している。曲線４０６は、真性領域２１４、２１８、２２２、２２６の各々の幅（長手方向中心線１０６に垂直に測定した幅）が１．０マイクロメートルである光導波路２００について、コア領域１０３における平均ホール濃度を光パワーの関数として示している。曲線４０７は、真性領域２１４、２１８、２２２、２２６の各々の幅（長手方向中心線１０６に垂直に測定した幅）が０．８マイクロメートルである光導波路２００について、コア領域１０３における平均ホール濃度を光パワーの関数として示している。曲線４０８は、真性領域２１４、２１８、２２２、２２６の各々の幅（長手方向中心線１０６に垂直に測定した幅）が０．６マイクロメートルである光導波路２００について、コア領域１０３における平均ホール濃度を光パワーの関数として示している。曲線４０１～４０８は、真性領域２１４、２１８、２２２、２２６の幅が光導波路２００において小さくなるのにつれて、それに応じて、コア領域１０３内の自由キャリアの濃度が低減されることを示している。
【0071】
図３は、光導波路２００内に存在するような、ダイオードセグメント２４１、２４２、２４３、２４４などを備えていない図１Ａの非ドープ光導波路１００について、光パワーの関数としてコア領域１０３における平均ホール濃度をプロットした曲線４０９も示している。図３は、ストリップ型光導波路がその長さに沿って実質的に均一な垂直厚さを有する非ドープストリップ型光導波路内の光パワーの関数として平均ホール濃度をプロットした曲線４１０も示している。曲線４１０に関連するストリップ型光導波路は、第１外側クラッド領域１０９の厚さ１１３、第１内側クラッド領域１０５の厚さ１１５、コア領域１０３の厚さ１２１、第２内側クラッド領域１０７の厚さ１１９、および、第２外側クラッド領域１１１の厚さ１１７の各々について実質的に等しいサイズであることを除けば、図１Ａの光導波路１００と同様である。図３は、光導波路２００が、ストリップ型光導波路と比べて、約３０ミリワットでのコア領域１０３における自由キャリア濃度で３桁低下することを示している。
【0072】
図４Ａは、いくつかの実施形態に従って、光導波路３００を示す上面図である。図４Ｂは、いくつかの実施形態に従って、図４Ａの矢視線Ａ－Ａにおける光導波路３００を示す垂直断面図である。図４Ｃは、いくつかの実施形態に従って、図４Ａの矢視線Ｂ－Ｂにおける光導波路３００を示す垂直断面図である。光導波路４００は、図１Ａ～図１Ｂの光導波路１００の改良例である。光導波路３００は、図１Ａ～図１Ｂに関して上述したように、コア領域１０３、第１クラッド領域１０２、および、第２クラッド領域１０４を備える。光導波路３００は、第１ダイオードセグメント３４１、第２ダイオードセグメント３４２、第３ダイオードセグメント３４３、および、第４ダイオードセグメント３４４を備える。第１ダイオードセグメント３４１、第２ダイオードセグメント３４２、第３ダイオードセグメント３４３、および、第４ダイオードセグメント３４４の各々は、コア領域１０３、第１クラッド領域１０２、および、第２クラッド領域１０４のそれぞれの部分を含む。いくつかの実施形態において、第２ダイオードセグメント３４２は、第１ダイオードセグメント３４１および第３ダイオードセグメント３４３の両方と隣接しており、第４ダイオードセグメント３４４は、第３ダイオードセグメント３４３と隣接している。説明を簡単にするために、図４Ａは、光導波路３００の一部を図示していることを理解されたい。第１ダイオードセグメント３４１、第２ダイオードセグメント３４２、第３ダイオードセグメント３４３、および、第４ダイオードセグメント３４４の構成のパターンは、光導波路３００の長さに沿って続いている。したがって、様々な実施形態において、光導波路３００は、４つのダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、および、３４４だけではなく、それより多くのセグメントを備える。
【0073】
第１ダイオードセグメント３４１は、第１真性電界Ｅ１が、光導波路３００の長手方向中心線１０６と実質的に垂直な第１方向３５１に第１ダイオードセグメント３４１を横切って伸びるように、光導波路３００を横切って第１ＰＮダイオードを形成するよう構成されている。第１ダイオードセグメント３４１は、光導波路３００の前半部分を横切って形成されている第１Ｎドープ領域３１３と、光導波路３００の後半部分を横切って形成されている第１Ｐドープ領域３１５と、を備える。第１Ｎドープ領域３１３は、光導波路３００の長手方向中心線１０６から外向きに第１クラッド領域１０２を横切って伸びている。第１Ｐドープ領域３１５は、光導波路３００の長手方向中心線１０６から外向きに第２クラッド領域１０４を横切って伸びている。第１空乏領域３１４が、第１Ｎドープ領域３１３と第１Ｐドープ領域３１５との間の界面に沿って第１ダイオードセグメント３４１内に存在する。第１Ｎドープ領域３１３、第１Ｐドープ領域３１５、および、関連する第１空乏領域３１４は、第１ダイオードセグメント３４１内のコア領域１０３の全長に沿って伸びている。
【0074】
第１Ｎドープ領域３１３および第１Ｐドープ領域３１５によって提供される第１ダイオードセグメント３４１の第１ＰＮダイオードのビルトイン電圧は、第１ダイオードセグメント３４１を横切り、特に、第１ダイオードセグメント３４１内のコア領域１０３を横切る第１真性電界Ｅ１を確立する。いくつかの実施形態において、第１空乏領域３１４は、第１ダイオードセグメント３４１内のコア領域１０３の全部、第１ダイオードセグメント３４１内の第１クラッド領域１０２の一部、および、第１ダイオードセグメント３４１内の第２クラッド領域１０４の一部を含む。コア領域１０３は、第１真性電界Ｅ１が高い第１空乏領域３１４に存在することを理解されたい。いくつかの実施形態において、第１Ｎドープ領域３１３および第１Ｐドープ領域３１５のそれぞれのドープレベルは、第１ダイオードセグメント３４１内のコア領域１０３を含むのに十分に広い幅を有する第１空乏領域３１４を提供し、それに応じて、コア領域１０３と第１Ｎドープ領域３１３および第１Ｐドープ領域３１５との重なりによって引き起こされる光損失を低減するのに、十分低い。
【0075】
第２ダイオードセグメント３４２は、第２真性電界Ｅ２が、光導波路３００の長手方向中心線１０６と実質的に垂直な第２方向３５２に第２ダイオードセグメント３４２を横切って伸びるように、光導波路３００を横切って第２ＰＮダイオードを形成するよう構成されている。第２ダイオードセグメント３４２は、光導波路３００の前半部分を横切って形成されている第２Ｐドープ領域３１７と、光導波路３００の後半部分を横切って形成されている第２Ｎドープ領域３１９と、を備える。第２Ｐドープ領域３１７は、光導波路３００の長手方向中心線１０６から外向きに第１クラッド領域１０２を横切って伸びている。第２Ｎドープ領域３１９は、光導波路３００の長手方向中心線１０６から外向きに第２クラッド領域１０４を横切って伸びている。第２空乏領域３１８が、第２Ｐドープ領域３１７と第２Ｎドープ領域３１９との間の界面に沿って第２ダイオードセグメント３４２内に存在する。第２Ｐドープ領域３１７、第２Ｎドープ領域３１９、および、関連する第２空乏領域３１８は、第２ダイオードセグメント３４２内のコア領域１０３の全長に沿って伸びている。
【0076】
第２Ｐドープ領域３１７および第２Ｎドープ領域３１９によって提供される第２ダイオードセグメント３４２の第２ＰＮダイオードのビルトイン電圧は、第２ダイオードセグメント３４２を横切り、特に、第２ダイオードセグメント３４２内のコア領域１０３を横切る第２真性電界Ｅ２を確立する。いくつかの実施形態において、第２空乏領域３１８は、第２ダイオードセグメント３４２内のコア領域１０３の全部、第２ダイオードセグメント３４２内の第１クラッド領域１０２の一部、および、第２ダイオードセグメント３４２内の第２クラッド領域１０４の一部を含む。コア領域１０３は、第２真性電界Ｅ２が高い第２空乏領域３１８に存在することを理解されたい。いくつかの実施形態において、第２Ｐドープ領域３１７および第２Ｎドープ領域３１９のそれぞれのドープレベルは、第２ダイオードセグメント３４２内のコア領域１０３を含むのに十分に広い幅を有する第２空乏領域３１８を提供し、それに応じて、コア領域１０３と第２Ｐドープ領域３１７および第２Ｎドープ領域３１９との重なりによって引き起こされる光損失を低減するのに、十分低い。第２ダイオードセグメント３４２の第２ＰＮダイオードは、方向３５２および３５１によって示されるように、第２真性電界Ｅ２が第１真性電界Ｅ１に対して逆の方向性を有するように、第１ダイオードセグメント３４１の第１ＰＮダイオードに対して逆の方向性を有することを理解されたい。
【0077】
第３ダイオードセグメント３４３は、第３真性電界Ｅ３が、光導波路３００の長手方向中心線１０６と実質的に垂直な第３方向３５３に第３ダイオードセグメント３４３を横切って伸びるように、光導波路３００を横切って第３ＰＮダイオードを形成するよう構成されている。第３ダイオードセグメント３４３は、光導波路３００の前半部分を横切って形成されている第３Ｎドープ領域３２１と、光導波路３００の後半部分を横切って形成されている第３Ｐドープ領域３２３と、を備える。第３Ｎドープ領域３２１は、光導波路３００の長手方向中心線１０６から外向きに第１クラッド領域１０２を横切って伸びている。第３Ｐドープ領域３２３は、光導波路３００の長手方向中心線１０６から外向きに第２クラッド領域１０４を横切って伸びている。第３空乏領域３２２が、第３Ｎドープ領域３２１と第３Ｐドープ領域３２３との間の界面に沿って第３ダイオードセグメント３４３内に存在する。第３Ｎドープ領域３２１、第３Ｐドープ領域３２３、および、関連する第３空乏領域３２２は、第３ダイオードセグメント３４３内のコア領域１０３の全長に沿って伸びている。
【0078】
第３Ｎドープ領域３２１および第３Ｐドープ領域３２３によって提供される第３ダイオードセグメント３４３の第３ＰＮダイオードのビルトイン電圧は、第３ダイオードセグメント３４３を横切り、特に、第３ダイオードセグメント３４３内のコア領域１０３を横切る第３真性電界Ｅ３を確立する。いくつかの実施形態において、第３空乏領域３２２は、第３ダイオードセグメント３４３内のコア領域１０３の全部、第３ダイオードセグメント３４３内の第１クラッド領域１０２の一部、および、第３ダイオードセグメント３４３内の第２クラッド領域１０４の一部を含む。コア領域１０３は、第３真性電界Ｅ３が高い第３空乏領域３２２に存在することを理解されたい。いくつかの実施形態において、第３Ｎドープ領域３２１および第３Ｐドープ領域３２３のそれぞれのドープレベルは、第３ダイオードセグメント３４３内のコア領域１０３を含むのに十分に広い幅を有する第３空乏領域３２２を提供し、それに応じて、コア領域１０３と第３Ｎドープ領域３２１および第３Ｐドープ領域３２３との重なりによって引き起こされる光損失を低減するのに、十分低い。第３ダイオードセグメント３４３の第３ＰＮダイオードは、方向３５３および３５２によって示されるように、第３真性電界Ｅ３が第２真性電界Ｅ２に対して逆の方向性を有するように、第２ダイオードセグメント３４２の第２ＰＮダイオードに対して逆の方向性を有することを理解されたい。
【0079】
第４ダイオードセグメント３４４は、第４真性電界Ｅ４が、光導波路３００の長手方向中心線１０６と実質的に垂直な第４方向３５４に第４ダイオードセグメント３４４を横切って伸びるように、光導波路３００を横切って第４ＰＮダイオードを形成するよう構成されている。第４ダイオードセグメント３４４は、光導波路３００の前半部分を横切って形成されている第４Ｐドープ領域３２５と、光導波路３００の後半部分を横切って形成されている第４Ｎドープ領域３２７と、を備える。第４Ｐドープ領域３２５は、光導波路３００の長手方向中心線１０６から外向きに第１クラッド領域１０２を横切って伸びている。第４Ｎドープ領域３２７は、光導波路３００の長手方向中心線１０６から外向きに第２クラッド領域１０４を横切って伸びている。第４空乏領域３２６が、第４Ｐドープ領域３２５と第４Ｎドープ領域３２７との間の界面に沿って第４ダイオードセグメント３４４内に存在する。第４Ｐドープ領域３２５、第４Ｎドープ領域３２７、および、関連する第４空乏領域３２６は、第４ダイオードセグメント３４４内のコア領域１０３の全長に沿って伸びている。
【0080】
第４Ｐドープ領域３２５および第４Ｎドープ領域３２７によって提供される第４ダイオードセグメント３４４の第４ＰＮダイオードのビルトイン電圧は、第４ダイオードセグメント３４４を横切り、特に、第４ダイオードセグメント３４４内のコア領域１０３を横切る第４真性電界Ｅ４を確立する。いくつかの実施形態において、第４空乏領域３２６は、第４ダイオードセグメント３４４内のコア領域１０３の全部、第４ダイオードセグメント３４４内の第１クラッド領域１０２の一部、および、第４ダイオードセグメント３４４内の第２クラッド領域１０４の一部を含む。コア領域１０３は、第４真性電界Ｅ４が高い第４空乏領域３２６に存在することを理解されたい。いくつかの実施形態において、第４Ｐドープ領域３２５および第４Ｎドープ領域３２７のそれぞれのドープレベルは、第４ダイオードセグメント３４４内のコア領域１０３を含むのに十分に広い幅を有する第４空乏領域３２６を提供し、それに応じて、コア領域１０３と第４Ｐドープ領域３２５および第４Ｎドープ領域３２７との重なりによって引き起こされる光損失を低減するのに、十分低い。第４ダイオードセグメント３４４の第４ＰＮダイオードは、方向３５４および３５３によって示されるように、第４真性電界Ｅ４が第３真性電界Ｅ３に対して逆の方向性を有するように、第３ダイオードセグメント３４３の第３ＰＮダイオードに対して逆の方向性を有することを理解されたい。
【0081】
いくつかの実施形態において、第１導電体３２９が、コア領域１０３の第１側の第１クラッド領域１０２の上の位置で第１ダイオードセグメント３４１および第２ダイオードセグメント３４２を電気接続するように配置されている。また、いくつかの実施形態において、第２導電体３３１が、コア領域１０３の第２側の第２クラッド領域１０４の上の位置で第１ダイオードセグメント３４１および第２ダイオードセグメント３４２を電気接続するように配置されている。いくつかの実施形態において、第１導電体３２９は、シリサイドの領域として形成され、第２導電体３３１は、シリサイドの別の領域として形成されている。いくつかの実施形態において、第１導電体３２９は、第１ダイオードセグメント３４１の領域および第２ダイオードセグメント３４２の領域の両方の上に配置された導電構造として形成され、第２導電体３３１は、第１ダイオードセグメント３４１の領域および第２ダイオードセグメント３４２の領域の両方の上に配置された導電構造として形成されている。
【0082】
いくつかの実施形態において、第３導電体３３３が、コア領域１０３の第１側の第１クラッド領域１０２の上の位置で第２ダイオードセグメント３４２および第３ダイオードセグメント３４３を電気接続するように配置されている。また、いくつかの実施形態において、第４導電体３３５が、コア領域１０３の第２側の第２クラッド領域１０４の上の位置で第２ダイオードセグメント３４２および第３ダイオードセグメント３４３を電気接続するように配置されている。いくつかの実施形態において、第３導電体３３３は、シリサイドの領域として形成され、第４導電体３３５は、シリサイドの別の領域として形成されている。いくつかの実施形態において、第３導電体３３３は、第２ダイオードセグメント３４２の領域および第３ダイオードセグメント３４３の領域の両方の上に配置された導電構造として形成され、第４導電体３３５は、第２ダイオードセグメント３４２の領域および第３ダイオードセグメント３４３の領域の両方の上に配置された導電構造として形成されている。
【0083】
いくつかの実施形態において、第５導電体３３７が、コア領域１０３の第１側の第１クラッド領域１０２の上の位置で第３ダイオードセグメント３４３および第４ダイオードセグメント３４４を電気接続するように配置されている。また、いくつかの実施形態において、第６導電体３３９が、コア領域１０３の第２側の第２クラッド領域１０４の上の位置で第３ダイオードセグメント３４３および第４ダイオードセグメント３４４を電気接続するように配置されている。いくつかの実施形態において、第５導電体３３７は、シリサイドの領域として形成され、第６導電体３３９は、シリサイドの別の領域として形成されている。いくつかの実施形態において、第５導電体３３７は、第３ダイオードセグメント３４３の領域および第４ダイオードセグメント３４４の領域の両方の上に配置された導電構造として形成され、第６導電体３３９は、第３ダイオードセグメント３４３の領域および第４ダイオードセグメント３４４の領域の両方の上に配置された導電構造として形成されている。
【0084】
いくつかの実施形態において、第１導電体３２９、第３導電体３３３、および、第５導電体３３７は、コア領域１０３の第１側の第１クラッド領域１０２の上の位置で、第１ダイオードセグメント３４１、第２ダイオードセグメント３４２、第３ダイオードセグメント３４３、および、第４ダイオードセグメント３４４にわたって連続的に伸びている共通導電体のそれぞれの部分として形成されている。いくつかの実施形態において、第２導電体３３１、第４導電体３３５、および、第６導電体３３９は、コア領域１０３の第２側の第２クラッド領域１０４の上の位置で、第１ダイオードセグメント３４１、第２ダイオードセグメント３４２、第３ダイオードセグメント３４３、および、第４ダイオードセグメント３４４にわたって連続的に伸びている別の共通導電体のそれぞれの部分として形成されている。
【0085】
第１ダイオードセグメント３４１および第３ダイオードセグメント３４３は、同じように構成されていることを理解されたい。また、第２ダイオードセグメント３４２および第４ダイオードセグメント３４４は、同じように構成されている。このように、第１ダイオードセグメント３４１および第２ダイオードセグメント３４２の構成は、図４Ａに明示的には示されていない光導波路３００の長さに沿うなど、光導波路３００の長さに沿って、連続的に繰り返される。したがって、光導波路３００は、光導波路３００の長さに沿って第１ダイオードセグメント３４１および第２ダイオードセグメント３４２を繰り返し備える。第１ダイオードセグメント３４１、第２ダイオードセグメント３４２、第３ダイオードセグメント３４３、および、第４ダイオードセグメント３４４が、説明の目的で図４Ａに示されているが、光導波路３００は、交互の方向を有する４つのダイオードセグメントに限定されないことを理解されたい。様々な実施形態において、光導波路３００は、光導波路３００の長さに沿って交互に繰り返されている第１ダイオードセグメント３４１の構成および第２ダイオードセグメント３４２の構成を多くの数備える。いくつかの実施形態において、交互の方向性を有する隣接するダイオードセグメント（３４１／３４２、３４２／３４３、３４３／３４４、など）は、光導波路３００の長手方向で互いに連続している。例えば、第２ダイオードセグメント３４２は、Ｐドープ領域３１７がＮドープ領域３１３と連続し、Ｎドープ領域３１９がＰドープ領域３１５と連続するように、光導波路３００の長手方向で第１ダイオードセグメント３４１と連続している。また、第３ダイオードセグメント３４３は、Ｎドープ領域３２１がＰドープ領域３１７と連続し、Ｐドープ領域３２３がＮドープ領域３１９と連続するように、光導波路３００の長手方向で第２ダイオードセグメント３４２と連続している。また、第４ダイオードセグメント３４４は、Ｐドープ領域３２５がＮドープ領域３２１と連続し、Ｎドープ領域３２７がＰドープ領域３２３と連続するように、光導波路３００の長手方向で第３ダイオードセグメント３４３と連続している。
【0086】
いくつかの実施形態において、第１導電体３２９、第２導電体３３１、第３導電体３３３、第４導電体３３５、第５導電体３３７、および、第６導電体３３９の各々は、シリコン内に低抵抗電気接点を形成するために用いられる材料から形成されている。いくつかの実施形態において、第１導電体３２９、第２導電体３３１、第３導電体３３３、第４導電体３３５、第５導電体３３７、および、第６導電体３３９の各々は、光導波路３００の実質的に外側に形成されている。いくつかの実施形態において、第１導電体３２９、第２導電体３３１、第３導電体３３３、第４導電体３３５、第５導電体３３７、および、第６導電体３３９の各々は、それが電気接続されているドープ領域の各々と実質的に重なるように形成されている。いくつかの実施形態において、第１導電体３２９、第３導電体３３３、および、第５導電体３３７は、Ｎドープ領域３１３、Ｐドープ領域３１７、Ｎドープ領域３２１、および、Ｐドープ領域３２５の上で連続的に伸びているシリサイドの層に置き換えられる。同様に、いくつかの実施形態において、第２導電体３３１、第４導電体３３５、および、第６導電体３３９は、Ｐドープ領域３１５、Ｎドープ領域３１９、Ｐドープ領域３２３、および、Ｎドープ領域３２７の上で連続的に伸びているシリサイドの層に置き換えられる。
【0087】
図４Ｄは、いくつかの実施形態に従って、自由キャリア（電子（ｅ）およびホール（ｈ））が、第１ダイオードセグメント３４１、第２ダイオードセグメント３４２、第３ダイオードセグメント３４３、および、第４ダイオードセグメント３４４のダイオードによってコア領域１０３から引っ張られ／スイープアウトされる様子と共に、図４Ａの光導波路３００を示す上面図である。第１ダイオードセグメント３４１における第１真性電界Ｅ１は、自由キャリア電子（ｅ）をコア領域１０３からＮドープ領域３１３へ引っ張り、自由キャリアホール（ｈ）をコア領域１０３からＰドープ領域３１５へ引っ張る。第２ダイオードセグメント３４２における第２真性電界Ｅ２は、自由キャリア電子（ｅ）をコア領域１０３からＮドープ領域３１９へ引っ張り、自由キャリアホール（ｈ）をコア領域１０３からＰドープ領域３１７へ引っ張る。第３ダイオードセグメント３４３における第３真性電界Ｅ３は、自由キャリア電子（ｅ）をコア領域１０３からＮドープ領域３２１へ引っ張り、自由キャリアホール（ｈ）をコア領域１０３からＰドープ領域３２３へ引っ張る。第４ダイオードセグメント３４４における第４真性電界Ｅ４は、自由キャリア電子（ｅ）をコア領域１０３からＮドープ領域３２７へ引っ張り、自由キャリアホール（ｈ）をコア領域１０３からＰドープ領域３２５へ引っ張る。第１導電体３２９および第２導電体３３１は、第１ダイオードセグメント３４１と第２ダイオードセグメント３４２との間の電気回路の完成を容易にする。第２導電体３３３および第３導電体３３５は、第２ダイオードセグメント３４２と第３ダイオードセグメント３４３との間の電気回路の完成を容易にする。第５導電体３３７および第６導電体３３９は、第３ダイオードセグメント３４３と第４ダイオードセグメント３４４との間の電気回路の完成を容易にする。
【0088】
光導波路３００を横切る真性電界Ｅ１～Ｅ４は、ＴＰＡによってコア領域１０３内で生成された自由キャリアをスイープアウトする。これらの自由キャリアをコア領域１０３から除去することにより、コア領域１０３内の自由キャリア濃度は低いままになり、これは、自由キャリア吸収に起因するコア領域１０３内での光損失を最小化する。第１、第２、第３、および、第４ダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４の（光導波路３００の長手方向中心線１０６と垂直な）方向性は、コア領域１０３からの自由キャリアスイープアウトによって生成される電流ループを閉じるために交互になっている。第１、第２、第３、および、第４ダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４の内の隣接するセグメントの方向性を交互にしなければ、コア領域１０３からＴＰＡで生じた自由キャリアのスイープアウトによって生成された電流は、第１、第２、第３、および、第４ダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４のビルトイン電圧を弱め、それに対応して、コア領域１０３からの自由キャリアスイープアウトを停止／妨害する電荷蓄積を光導波路３００の両側で生み出すことを理解されたい。したがって、光導波路３００の長さに沿って、第１、第２、第３、および、第４ダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４の方向性を交互にすることにより、第１、第２、第３、および、第４ダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４の内の所与の１つにおいて自由キャリアスイープアウトによって生成される電流は、隣接するダイオードセグメントにおいて生成される電流によってバランスが取られる。
【0089】
例えば、図４Ｄの例において、第１ダイオードセグメント３４１において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流は、第２ダイオードセグメント３４２において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流によってバランスを取られる。第１導電体３２９および第２導電体３３１は、第１ダイオードセグメント３４１と第２ダイオードセグメント３４２との間で電流のバランスを取るのを容易にする。また、第２ダイオードセグメント３４２において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流は、第１ダイオードセグメント３４１および第３ダイオードセグメント３４３において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流によってバランスを取られる。第３導電体３３３および第４導電体３３５は、第２ダイオードセグメント３４２と第３ダイオードセグメント３４３との間で電流のバランスを取ることを容易にする。また、第３ダイオードセグメント３４３において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流は、第２ダイオードセグメント３４２および第４ダイオードセグメント３４４において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流によってバランスを取られる。第５導電体３３７および第６導電体３３９は、第３ダイオードセグメント３４３と第４ダイオードセグメント３４４との間の電流のバランスを取るのを容易にする。また、第４ダイオードセグメント３４４において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流は、第３ダイオードセグメント３４３において自由キャリアスイープアウトによって生成される電流によってバランスを取られる。
【0090】
光導波路３００の長さに沿った第１、第２、第３、および、第４ダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４の交互の方向性は、光導波路３００の周りにさらなる電気相互接続構造を有する必要性を回避する。光導波路３００において、コア領域１０３からの自由キャリアのスイープアウトに用いられる電界は、第１、第２、第３、および、第４ダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４の各々の中のＰＮダイオード接合の真性（ビルトイン）電界である。いくつかの実施形態において、コア領域１０３内でのＴＰＡによって生成された電流は、自由キャリアスイープアウト効果を打ち消す傾向がある光導波路３００での電圧降下をもたらすので、光導波路３００に沿ったダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４などのそれぞれの長さは、光導波路３００を横切る方向性が逆向きであるダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４などの内の隣接するセグメントの間で電流のバランス取るのを強化するために、より小さくなっている。また、いくつかの実施形態において、光導波路３００に沿った異なるダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４などのいくつかは、異なる長さ（光導波路３００の長手方向中心線１０６と平行に測定した長さ）を有する。いくつかの実施形態において、光導波路３００に沿った異なるダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４などの異なる長さは、異なるダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４などの間の電流密度のアンバランスを補償するように規定される。
【0091】
いくつかの実施形態において、光導波路３００に沿った光学減衰は、ＴＰＡ電流発生に影響し、第１クラッド領域１０２と第２クラッド領域１０４との間の光導波路３００において小さい電圧降下をもたらす電流アンバランスを生み出す。いくつかの実施形態において、光導波路３００に沿った異なるダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４などの長さは、ＴＰＡ電流発生への光学減衰効果によって引き起こされる光導波路３００に沿った電流密度の差（アンバランス）を補償するように規定される。したがって、いくつかの実施形態において、光導波路３００に沿った異なるダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４などの長さは、光導波路３００の長さに沿った電流バランスを改善するように規定され、これは、光導波路３００の長さに沿った第１クラッド領域１０２および第２クラッド領域１０４の間の電圧上昇の低減を提供する。
【0092】
いくつかの実施形態において、光導波路３００は、高い光パワーでのＴＰＡ駆動光パワー損失を低減されたシリコン光導波路構造を提供することを理解されたい。図４Ａ～図４Ｄに関して上述したように、いくつかの実施形態において、光導波路３００は、光導波路３００の長さに沿って交互の方向性の複数のダイオード構造を生成するために各側でドープされたリブ型光導波路構造である。また、いくつかの実施形態において、光導波路３００は、光導波路３００の近くまたは上に追加の電気相互接続構造を最低限だけ備えまたは全く備えずに構築され、これは、少なくとも、かかる追加の電気相互接続構造が光導波路３００を通過する光と潜在的に光学干渉しうるので、有益であることを理解されたい。特に、いくつかの実施形態において、光導波路３００は、光導波路３００の長さに沿ったダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４などのダイオード端子を短絡するために、コア領域１０３上に金属トレースをルーティングすることを必要としない。いくつかの実施形態において、光導波路３００のダイオードセグメント３４１、３４２、３４３、３４４などの各々は、光導波路３００の外部の任意の電気回路に接続されていない。
【0093】
図５Ａは、いくつかの実施形態に従って、光導波路５００を示す上面図である。図５Ｂは、いくつかの実施形態に従って、図５Ａの矢視線Ａ－Ａにおける光導波路５００を示す垂直断面図である。図５Ｃは、いくつかの実施形態に従って、図５Ａの矢視線Ｂ－Ｂにおける光導波路５００を示す垂直断面図である。図５Ｄは、いくつかの実施形態に従って、図５Ａの矢視線Ｃ－Ｃにおける光導波路５００を示す垂直断面図である。図５Ｅは、いくつかの実施形態に従って、図５Ａの矢視線Ｄ－Ｄにおける光導波路５００を示す垂直断面図である。図５Ｆは、いくつかの実施形態に従って、図５Ａの矢視線Ｅ－Ｅにおける光導波路５００を示す垂直断面図である。
【0094】
光導波路５００は、図１Ａ～図１Ｂの光導波路１００の改良例である。光導波路５００は、図１Ａ～図１Ｂに関して上述したように、コア領域１０３、第１クラッド領域１０２、および、第２クラッド領域１０４を備える。第１クラッド領域１０２は、コア領域１０３の第１側に沿って形成されている。第２クラッド領域１０４は、コア領域１０３の第２側に沿って形成されている。光導波路５００は、コア領域１０３の一部と、第１クラッド領域１０２の一部と、第２クラッド領域１０４の一部とを含むダイオードセグメント５１７を備える。説明を簡単にするために、図５Ａは、光導波路５００の一部を図示していることを理解されたい。いくつかの実施形態において、複数のダイオードセグメント５１７が、光導波路５００の長さに沿って形成される。
【0095】
光導波路５００は、Ｎドープ領域５０１と、Ｐドープ領域５０７と、Ｎドープ領域５０１およびＰドープ領域５０７の間に配置されている真性領域５０２と、を備える。Ｎドープ領域５０１は、第１クラッド領域１０２内に形成されている第１長手方向部分５０１Ａと、第２クラッド領域１０４内に形成されている第２長手方向部分５０１Ｂと、Ｎドープ領域５０１の第１長手方向部分５０１Ａおよび第２長手方向部分５０１Ｂの間に伸びるよう形成されている短手方向部分５０１Ｃと、を備える。Ｐドープ領域５０７は、第２クラッド領域１０４内に形成されている第１長手方向部分５０７Ａと、第１クラッド領域１０２内に形成されている第２長手方向部分５０７Ｂと、Ｐドープ領域５０７の第１長手方向部分５０７Ａおよび第２長手方向部分５０７Ｂの間に伸びるよう形成されている短手方向部分５０７Ｃと、を備える。第１導電体５０３が、第１クラッド領域１０２の上方の位置で、Ｎドープ領域５０１の第１長手方向部分５０１ＡおよびＰドープ領域５０７の第２長手方向部分５０７Ｂを電気接続するために配置されている。第２導電体５０９が、第２クラッド領域１０４の上方の位置で、Ｐドープ領域５０７の第１長手方向部分５０７ＡおよびＮドープ領域５０１の第２長手方向部分５０１Ｂを電気接続するために配置されている。Ｎドープ領域５０１の第１長手方向部分５０１Ａ、Ｐドープ領域５０７の第１長手方向部分５０７Ａ、および、真性領域５０２は集合的に、光導波路５００を横切るＰＩＮダイオードを形成している。
【0096】
第１導電体５０３および第２導電体５０９は集合的に、Ｎドープ領域５０１とＰドープ領域５０７との間の電気回路を閉じている。いくつかの実施形態において、第１導電体５０３は、シリサイドの領域として形成され、第２導電体５０９は、シリサイドの別の領域として形成されている。いくつかの実施形態において、第１導電体５０３は、第１クラッド領域１０２の外側部分に配置された導電構造として形成され、第２導電体５０９は、第２クラッド領域１０４の外側部分に配置された導電構造として形成されている。ダイオードセグメント５１７は、真性電界Ｅが、光導波路５００の長手方向中心線１０６と実質的に垂直な方向５５１にダイオードセグメント５１７を横切ってＮドープ領域５０１からＰドープ領域５０７まで伸びるように、光導波路５００を横切るダイオードを形成するよう構成されている。Ｎドープ領域５０１およびＰドープ領域５０７によって提供されるダイオードセグメント５１７のビルトイン電圧は、ダイオードセグメント５１７を横切り、特に、ダイオードセグメント５１７内のコア領域１０３を横切る真性電界Ｅを確立する。いくつかの実施形態において、真性領域５０２は、ダイオードセグメント５１７内のコア領域１０３の全部、ダイオードセグメント５１７内の第１クラッド領域１０２の一部、および、ダイオードセグメント５１７内の第２クラッド領域１０４の一部を含む。コア領域１０３は、真性電界Ｅが高い真性領域５０２に存在することを理解されたい。真性領域５０２の幅は、光導波路５００内でのＮドープ領域５０１およびＰドープ領域５０７の重なりを避けるために、十分に広く作られている。
【0097】
図５Ｇは、いくつかの実施形態に従って、自由キャリア（電子（ｅ）およびホール（ｈ））が、ダイオードセグメント５１７によってコア領域１０３から引っ張られ／スイープアウトされる様子と共に、図５Ａの光導波路５００を示す上面図である。ダイオードセグメント５１７における真性電界Ｅは、自由キャリア電子（ｅ）をコア領域１０３からＮドープ領域５０１へ引っ張り、自由キャリアホール（ｈ）をコア領域１０３からＰドープ領域５０７へ引っ張る。光導波路５００を横切る真性電界Ｅは、ＴＰＡによってコア領域１０３内で生成された自由キャリアをスイープアウトする。これらの自由キャリアをコア領域１０３から除去することにより、コア領域１０３内の自由キャリア濃度は低いままになり、これは、自由キャリア吸収に起因するコア領域１０３内での光損失を最小化する。第１導電体５０３および第２導電体５０９は、コア領域１０３からＴＰＡで生じた自由キャリアのスイープアウトによって生成された電流が、ダイオードセグメント５１７のビルトイン電圧を弱め、それに対応して、コア領域１０３からの自由キャリアのスイープアウトを停止／妨害する電荷蓄積を光導波路５００の両側で生み出さないように、ダイオードセグメント５１７内の電流ループの完成を容易にする。
【0098】
また、ダイオードセグメント５１７内の電流ループは、Ｎドープ領域５０１の短手方向部分５０１ＣおよびＰドープ領域５０７の短手方向部分５０７Ｃを用いて閉じられていることを理解されたい。いくつかの実施形態において、短手方向部分５０１Ｃおよび短手方向部分５０７Ｃの各々は、光導波路５００のコア領域１０３を横切る希薄ドープ領域導電チャネルとして形成されている。いくつかの実施形態（図５Ａ～５Ｇに示したものなど）において、短手方向部分５０１Ｃおよび短手方向部分５０７Ｃは、ダイオードセグメント５１７の反対側に配置されている。様々な実施形態において、短手方向部分５０１Ｃおよび５０７Ｃを有する代わりに、短手方向部分５０１、５０７Ｃのような１または複数の希薄ドープ領域導電チャネルが、導波路構造５００に沿って異なる位置に配置されてもよく、ここで、希薄ドープ領域導電チャネルは、ＰドープまたはＮドープである。いくつかの実施形態において、短手方向部分５０１Ｃおよび短手方向部分５０７Ｃの両方を有する代わりに、１つの希薄ドープ領域導電チャネルが、ダイオードセグメント５１７の片側に配置される。いくつかの実施形態において、短手方向部分５０１Ｃおよび５０７Ｃを有する代わりに、１つの希薄ドープ領域導電チャネルが、ダイオードセグメント５１７の実質的に中心に配置される。また、いくつかの実施形態において、複数の希薄ドープ領域導電チャネルが、ダイオードセグメント５１７に沿って周期的に配置される。
【0099】
いくつかの実施形態において、光導波路５００は、高い光パワーでのＴＰＡ駆動光パワー損失を低減されたシリコン光導波路構造を提供することを理解されたい。いくつかの実施形態において、光導波路５００は、光導波路５００の近くまたは上に追加の電気相互接続構造を最低限だけ備えまたは全く備えずに構築され、これは、少なくとも、かかる追加の電気相互接続構造が光導波路５００を通過する光と潜在的に光学干渉しうるので、有益であることを理解されたい。特に、いくつかの実施形態において、光導波路５００は、ダイオードセグメント５１７のダイオード端子を短絡するために、コア領域１０３上に金属トレースをルーティングすることを必要としない。いくつかの実施形態において、光導波路５００のダイオードセグメント５１７は、光導波路５００の外部の任意の電気回路に接続されていない。
【0100】
図６は、いくつかの実施形態に従って、光導波路（２００、３００）内の光損失を低減するための方法を示すフローチャートである。方法は、コア領域（１０３）と、第１クラッド領域（１０２）と、第２クラッド領域（１０４）とを備える光導波路（２００、３００）を準備する工程６０１を備える。コア領域１０３は、光導波路（２００、３００）を通る光伝搬方向（１４９）に対応する光導波路（２００、３００）の長手方向中心線（１０６）に実質的に沿って伸びている。第１クラッド領域（１０２）は、コア領域（１０３）の第１側部に沿って形成されている。第２クラッド領域（１０４）は、コア領域（１０３）の第２側部に沿って形成されている。光導波路（２００、３００）は、コア領域（１０３）、第１クラッド領域（１０２）、および、第２クラッド領域（１０４）のそれぞれの部分を各々備える第１ダイオードセグメント（２４１、３４１）および第２ダイオードセグメント（２４２、３４２）を備える。第２ダイオードセグメント（２４２、３４２）は、第１ダイオードセグメント（２４１、３４１）と連続している。第１ダイオードセグメント（２４１、３４１）は、第１真性電界（Ｅ１）が、光導波路（２００、３００）の長手方向中心線（１０６）と実質的に垂直な第１方向に第１ダイオードセグメント（２４１、３４１）を横切って伸びるように、光導波路（２００、３００）を横切って第１ダイオードを形成するよう構成されている。第２ダイオードセグメント（２４２、３４２）は、第２真性電界（Ｅ２）が、第１方向と反対向きの第２方向に第２ダイオードセグメント（２４２、３４２）を横切って伸びるように、光導波路（２００、３００）を横切って第２ダイオードを形成するよう構成されている。光導波路（２００、３００）は、コア領域（１０３）の第１側の位置で第１ダイオードセグメント（２４１、３４１）および第２ダイオードセグメント（２４２、３４２）を電気接続するように配置されている第１導電体（２２９、３２９）を備える。光導波路（２００、３００）は、コア領域（１０３）の第２側の位置で第１ダイオードセグメント（２４１、３４１）および第２ダイオードセグメント（２４２、３４２）を電気接続するように配置されている第２導電体（２３１、３３１）を備える。方法は、さらに、光の一部がコア領域（１０３）内で自由キャリア（電子およびホール）を生成するように、光導波路（２００、３００）のコア領域（１０３）を通して光を伝達する工程６０３を備え、ここで、生成された自由キャリアは、第１真性電界（Ｅ１）によって光導波路（２００、３００）の第１ダイオードセグメント（２４１、３４１）内のコア領域（１０３）からスイープアウトされ、生成された自由キャリアは、第２真性電界（Ｅ２）によって光導波路（２００、３００）の第２ダイオードセグメント（２４２、３４２）内のコア領域（１０３）からスイープアウトされる。図６の方法は、さらに、本明細書に記載されている光導波路２００および３００の動作および利用に対応する任意のさらなる工程を備えることを理解されたい。
【0101】
図７は、いくつかの実施形態に従って、光伝達デバイスを製造するための方法を示すフローチャートである。方法は、コア領域（１０３）と、第１クラッド領域（１０２）と、第２クラッド領域（１０４）とを備える光導波路（２００、３００）を形成する工程７０１を備える。コア領域（１０３）は、光導波路（２００、３００）を通る光伝搬方向（１４９）に対応する光導波路（２００、３００）の長手方向中心線（１０６）に実質的に沿って伸びている。第１クラッド領域（１０２）は、コア領域（１０３）の第１側部に沿って形成される。第２クラッド領域（１０４）は、コア領域（１０３）の第２側部に沿って形成される。方法は、さらに、光導波路（２００、３００）の第１ダイオードセグメント（２４１、３４１）内に第１ダイオードを形成する工程７０３を備える。第１ダイオードセグメント（２４１、３４１）は、コア領域（１０３）の第１部分と、第１クラッド領域（１０２）の第１部分と、第２クラッド領域（１０４）の第１部分と、を備える。第１ダイオードは、第１真性電界（Ｅ１）が、光導波路（２００、３００）の長手方向中心線（１０６）と実質的に垂直な第１方向にコア領域（１０３）の第１部分を通して伸びるように、第１クラッド領域（１０２）の第１部分内に形成されているＮドープ領域（２１３、３１３）と、第２クラッド領域（１０４）の第１部分内に形成されているＰドープ領域（２１５、３１５）と、を備える。方法は、さらに、光導波路（２００、３００）の第２ダイオードセグメント（２４２、３４２）内に第２ダイオードを形成する工程７０５を備える。第２ダイオードセグメント（２４２、３４２）は、コア領域（１０３）の第２部分と、第１クラッド領域（１０２）の第２部分と、第２クラッド領域（１０４）の第２部分と、を備える。第２ダイオードは、第２真性電界（Ｅ２）が、第１方向と反対向きの第２方向にコア領域（１０３）の第２部分を通して伸びるように、第１クラッド領域（１０２）の第２部分内に形成されているＰドープ領域（２１７、３１７）と、第２クラッド領域（１０４）の第２部分内に形成されているＮドープ領域（２１９、３１９）と、を備える。方法は、さらに、第１ダイオードのＮドープ領域（２１３、３１３）を第２ダイオードのＰドープ領域（２１７、３１７）へ電気接続する工程７０７を備える。方法は、さらに、第１ダイオードのＰドープ領域（２１５、３１５）を第２ダイオードのＮドープ領域（２１９、３１９）へ電気接続する工程７０９を備える。図７の方法は、さらに、本明細書に記載されている光導波路２００および３００の製造に対応する任意のさらなる工程を備えることを理解されたい。
【0102】
以上の実施形態の記載は、例示および説明を目的としたものであり、包括的であることも限定的であることも意図されていない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されず、適用可能であれば、置き換え可能であり、特に図示も記載もない限りは、選択された実施形態で利用できる。このように、本明細書で開示されている１または複数の実施形態からの１または複数の特徴を、本明細書で開示されている１または複数の他の実施形態からの１または複数の特徴と組み合わせることで、本明細書で明示的に開示されていないが本明細書で暗示的に開示されている別の実施形態を形成することができる。この他の実施形態も、多くの方法で変形されてよい。かかる実施形態の変形例は、本開示からの逸脱と見なされず、すべてのかかる実施形態の変形例および変更例が、本明細書で提供されている開示の範囲内に含まれると意図されている。
【0103】
いくつかの方法工程は、本明細書で具体的な順序で記載されている場合があるが、方法工程の処理が、方法の実施が成功するような方法で実行される限りは、他のハウスキーピング工程が、方法工程の合間に実行されてもよく、および／または、方法工程が、若干異なる時刻または同時に実行されるように調整されてもよく、または、処理に関連する様々な間隔で処理工程が実行されることを許容するシステムに分配されてもよいことを理解されたい。
【0104】
本実施形態は、理解しやすいように、或る程度詳しく説明されているが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更および変形を行ってもよいことは明らかである。したがって、本明細書で開示されている実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、そのため、本明細書に示した詳細のみに限定されず、添付の特許請求の範囲の範囲および等価物の中で変形されてもよい。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図5G】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】