用于垂直结高速相位调制器的方法和系统与流程

本申请要求于2016年9月1日提交的美国临时申请62/382,326的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用结合于此。

本公开的方面涉及电子元件。更具体地，本公开的某些实现方式涉及用于垂直结高速相位调制器的方法和系统。

背景技术：

用于高速相位调制器的传统方法可能昂贵、麻烦和/或低效的，例如，它们可能复杂的和/或耗时的，和/或可能引入不对称。

通过将这种系统与本申请的其余部分中参考附图阐述的本公开的一些方面进行比较，常规和传统方法的进一步限制和缺点对于本领域技术人员来说将变得显而易见。

技术实现要素：

提供了用于垂直结高速相位调制器的系统和方法，如权利要求中更完整阐述的，基本上如结合至少一个附图所示和/或描述的。

根据以下描述和附图，将更充分地理解本公开的这些和其他优点、方面和新颖特征以及其所示实施例的细节。

附图说明

图1a是根据本公开的示例性实施例的具有垂直结高速相位调制器的光子使能集成电路的方框图；

图1b是示出根据本公开的示例性实施例的示例性光子使能集成电路的示图；

图1c是示出根据本公开的示例性实施例的耦接到光纤电缆的光子使能集成电路的示图；

图2a是示出根据本公开的示例性实施例的电光调制器的示意图；

图2b示出了根据本公开的示例性实施例的相位调制区域的截面图；

图3a至3c示出了根据本公开的实施例的垂直hspm结中的光学模式和替代接触方案；

图4示出了根据本公开的示例实施例的垂直结hspm的示例连接方案；

图5示出了根据本公开的示例实施例的垂直结hspm的另一示例连接方案；

图6示出了根据本公开的示例实施例的垂直结hspm的又一示例连接方案；

图7示出了根据本公开的示例实施例的垂直结hspm的又一示例连接方案；

图8示出了根据本公开的示例实施例的垂直结hspm的又一示例连接方案；

图9示出了根据本公开的示例性实施例的交替垂直结/水平结hspm；

图10示出了根据本公开的示例性实施例的交替垂直结/横向结hspm的另一实施例。

具体实施方式

如本文中所使用的，术语“电路”和“电路系统”指的是物理电子组件(即，硬件)和任何软件和/或固件(“代码”)，这些可以配置硬件、由硬件执行、和/或以其他方式与硬件相关联。例如，如本文所使用的，当执行第一行或多行代码时，特定处理器和存储器可以包括第一“电路”，并且当执行第二行或多行代码时，可以包括第二“电路”。如本文所使用的，“和/或”表示列表中任何一个或多个项目由“和/或”连接。作为一个示例，“x和/或y”表示三元素集合{(x)、(y)、(x，y)}中的任何元素。换言之，“x和/或y”表示“x和y中的一者或两者”。作为另一示例，“x、y和/或z”表示七元素集合{(x)、(y)、(z)、(x、y)、(x、z)、(y、z)、(x、y、z)}中的任何元素。换言之，“x，y和/或z”表示“x，y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例性”意味着用作非限制性示例、实例或说明。如本文所使用的，术语“例如(e.g.,)”和“例如(forexample)”列出了一个或多个非限制性示例、实例或说明的列表。如本文所使用的，无论功能的性能是被禁用还是未被启用(例如，通过用户可配置的设置、工厂修整等)，每当电路或装置包括执行功能所需的硬件和代码(如果需要的话)时，电路或装置都是“可操作的”，以执行该功能。

图1a是根据本公开的示例性实施例的具有垂直结高速相位调制器的光子使能集成电路的方框图。参考图1a，示出了光子使能集成电路130上的光电子装置，包括光调制器105a-105d、光电二极管111a-111d、监控光电二极管113a-113h，以及包括耦合器103a-103k、光终端115a-115d和光栅耦合器117a-117h的光装置。还示出了包括放大器107a-107d、模拟和数字控制电路109以及控制部分112a-112d的电气装置和电路。放大器107a-107d可以包括例如跨阻和限幅放大器(tia/la)。

在一个示例情况中，光子使能集成电路130包括cmos光子管芯，该管芯具有耦接到ic130顶面的激光组件101。激光组件101可以包括一个或多个半导体激光器，其具有隔离器、透镜和/或旋转器，用于将一个或多个cw光信号引导到耦合器103a。光子使能集成电路130可以包括单个芯片，或者可以集成在多个管芯上，例如，一个或多个电子管芯和一个或多个光子管芯。

经由光子使能集成电路130中制造的光波导110在光学装置和光电子装置之间传送光信号。单模或多模波导可用于光子集成电路中。单模操作能够直接连接到光信号处理和网络元件。术语“单模”可用于支持横向电(te)和横向磁(tm)这两种偏振中的每一种偏振的单模的波导或者用于真正单模并且只支持偏振为te的一种模式的波导，该模式包括平行于支撑波导的衬底的电场。使用的两种典型波导横截面包括条形波导和肋形波导。条形波导通常包括矩形横截面，而肋形波导包括波导板顶部的肋形部分。当然，也可以考虑其它波导横截面类型，并且这些类型在本公开的范围内。

在一个示例情况中，耦合器103a-103c可以包括低损耗y结功率分离器(powersplitter)，其中，耦合器103a从激光组件101接收光信号，并将该信号分成两个分支，这两个分支将光信号引导到耦合器103b和103c，耦合器103b和103c再次分割光信号，产生四个大致相等的功率光信号。

光功率分离器可以包括至少一个输入波导和至少两个输出波导。图1a中所示的耦合器103a至103c示出了1乘2分离器，其将一个波导中的光功率均匀地分成两个其它波导。这些y结分离器可用于光电系统中的多个位置，例如，马赫-曾德尔干涉仪(mzi)调制器，例如，光调制器105a-105d，其中，需要分离器和组合器，因为功率组合器可以是反向使用的分离器。

在另一示例情况中，y结可用于并行多信道发射机中，其中，可以采用1乘2分离器的级联，以使单个光源馈送多个信道。基于交织器的多路复用器和多路分用器构成了第三示例，其中，1乘2分离器是构建块之中的。

光调制器105a至105d包括例如马赫-曾德尔或环形调制器，并且能够调制连续波(cw)激光输入信号。光调制器105a-105d可以包括高速和低速相位调制部分，并且由控制部分112a-112d控制。光调制器105a-105d的高速相位调制部分可以用数据信号调制cw光源信号。光调制器105a-105d的低速相位调制部分可以补偿缓慢变化的相位因子，例如，由波导、波导温度或波导应力之间的失配引起的相位因子，并且称之为mzi的无源相位或无源偏置。

在一个示例情况中，高速光学相位调制器可以基于自由载流子扩散效应操作，并且可以显示自由载流子调制区域和光学模式之间的高度重叠。在波导中传播的光模式的高速相位调制是用于高数据速率光通信的几种信号编码的构建块。可能需要几十gb/s的速度来维持现代光链路中使用的高数据速率，并且几十gb/s的速度可以通过调制跨承载光束的波导的pn结的耗尽区域来在集成si光子学中实现。为了提高调制效率和最小化损耗，优化pn结的光学模式和耗尽区域之间的重叠。

光调制器105a-105d的输出可以经由波导110光耦合到光栅耦合器117e-117h。耦合器103d-103k可以包括例如四端口光耦合器，并且可以用于对由光调制器105a-105d生成的光信号进行采样或分离，其中，采样信号由监控光电二极管113a-113h测量。定向耦合器103d-103k的未使用分支可以由光学终端115a-115d终止，以避免不需要的信号的反向反射。

光栅耦合器117a-117h包括能够将光耦合至光子使能集成电路130中和将光耦合至使能集成电路130外的光栅。光栅耦合器117a-117d可用于将从光纤接收的光耦合到光子使能集成电路130中，光栅耦合器117e-117h可用于将来自光子使能集成电路130的光耦合到光纤中。光栅耦合器117a-117h可以包括单偏振光栅耦合器(spgc)和/或偏振分离光栅耦合器(psgc)。在使用psgc的情况下，可以使用两个输入或输出波导。

例如，光纤可以环氧化(epoxied)到cmos芯片上，并且可以以与光子使能集成电路130的表面垂直的角度对准，以优化耦合效率。在示例性实施例中，光纤可以包括单模光纤(smf)和/或保偏光纤(pmf)。

在图1b所示的另一示例性实施例中，通过将光源引导到芯片中的光耦合装置上，例如，光源接口135和/或光纤接口139，光信号可以直接传送到光子使能集成电路130的表面，而无需光纤。这可以通过定向激光源和/或倒装结合到光子使能集成电路130的另一芯片上的光源来实现。

光电二极管111a-111d可以将从光栅耦合器117a-117d接收的光信号转换成电信号，所述电信号传送到放大器107a-107d进行处理。在本公开的另一实施例中，光电二极管111a-111d可以包括例如高速异质结光电晶体管，并且可以在集电极区和基极区中包括锗(ge)，用于在1.3-1.6μm光学波长范围内进行吸收，并且可以集成在cmos绝缘体上硅(soi)晶片上。

在硅芯片中实现的接收器子系统中，光通常经由偏振分离光栅耦合器耦合到光电检测器中，该耦合器支持有效耦合光纤模式的所有偏振状态。在偏振分集方案中，输入信号被psgc分成两个独立的波导，因此，使用波导光电检测器的两个输入。

模拟和数字控制电路109可以控制放大器107a-107d的操作中的增益水平或其他参数，放大器107a-107d然后可以从光子使能集成电路130中传送电信号。控制部分112a-112d包括能够调制从分离器103a-103c接收的cw激光信号的电子电路。例如，光调制器105a-105d可能需要高速电信号来调制马赫-曾德尔干涉仪(mzi)的相应分支中的折射率。

在操作中，光子使能集成电路130可操作，以传输和/或接收和处理光信号。光信号可以由光栅耦合器117a-117d从光纤接收，并由光电检测器111a-111d转换成电信号。电信号可以由例如放大器107a-107d中的跨阻放大器放大，并且随后传送到光子使能集成电路130中的其他电子电路(未示出)。

集成光子学平台允许光收发器的全部功能集成在单个芯片上。光收发器芯片包含在发射器(tx)和接收器(rx)侧产生和处理光/电信号的光电子电路以及将光信号耦合到光纤和从光纤耦合光信号的光接口。信号处理功能可以包括调制光载波、检测光信号、分割或组合数据流、多路复用或多路分用具有不同波长的载波上的数据、以及均衡信号，以减少和/或消除符号间干扰(isi)，符号间干扰可能是光通信系统中的常见损伤。

光调制器可用于将数据信号传递到cw光信号上。具有集成pn结的肋形波导部分可用于mzi调制器中，并参考图2至图10进一步示出。

图1b是示出根据本公开的示例性实施例的示例性光子使能集成电路的示图。参考图1b，示出了光子使能集成电路130，其包括电子装置/电路131、光学和光电装置133、光源接口135、芯片前表面137、光纤接口139、cmos保护环141和表面照明监控光电二极管143。

光源接口135和光纤接口139包括光栅耦合器，例如，光栅耦合器能够经由cmos芯片表面137耦合光信号，这与传统边缘发射/接收装置的芯片边缘相反。经由芯片表面137耦合光信号使得能够使用cmos保护环141，其机械地保护芯片并防止污染物经由芯片边缘进入。

电子装置/电路131包括电路，例如，在图1a中描述的放大器107a-107d以及模拟和数字控制电路109。光学和光电装置133包括诸如耦合器103a-103k、光学终端115a-115d、光栅耦合器117a-117h、光调制器105a-105d、高速异质结光电二极管111a-111d和监控光电二极管113a-113h之类的装置。

图1c是示出根据本公开的示例性实施例的耦接到光纤电缆的光子使能集成电路的示图。参考图1c，示出了包括芯片表面137和cmos保护环141的光子使能集成电路130。还示出了光纤到芯片耦合器145、光纤电缆149和光源组件147。

光子使能集成电路130包括电子装置/电路131、光学和光电装置133、光源接口135、芯片表面137和cmos保护环141，如参考图1b所述。

在一个示例性实施例中，光纤电缆可以经由例如环氧树脂固定到cmos芯片表面137。光纤芯片耦合器145使得能够将光纤电缆149物理耦接到光子使能集成电路130。在另一示例情况中，ic130可以包括一个管芯上的光子装置(例如，光子插入器)以及电子管芯上的电子装置，这两者都可以包括cmos管芯。

图2a是示出根据本公开的示例性实施例的电光调制器的示意图。参考图2a，示出了包括光波导201a和201b以及光移相器203a和203b的光调制器200。还示出了输入信号pin205和输出信号pout207a和207b。

波导201a和201b可以包括不同介电常数的材料，从而限制光信号。例如，如图2a所示，具有空气和/或二氧化硅包层的硅波导可以承载光信号，并且可以在光调制器200中的两个位置非常接近，这可以导致光模式的一部分从一个波导传送到另一波导。

光移相器203a和203b可以包括光电子装置，其可操作，以移动接收到的光学信号的相位。例如，波导201a和201b中形成的p-n结可用于移动穿过耗尽区域的光信号的相位，因为折射率相对于波导的非耗尽区域而改变。反向偏置的p-n结导致耗尽宽度增加，从而产生更多相移。

光学调制幅度(oma)是数字通信系统中使用的电光相位调制器的关键性能参数之一。oma直接影响系统误码率(ber)，因此希望尽可能大。在双层光信令方案中，较高的电平代表二进制1，而较低的功率电平代表零(图2a中，pout的最大值和最小值)。oma被定义为高电平和低电平之间的差异：oma＝最大值(pout)–最小值(pout)。

oma的幅度取决于光调制器200的两个臂(波导201a和201b)之间累积的相移差以及光束通过波导时遭受的光损耗。以下等式描述了这种关系：

oma(l)＝pine^-α·lsin(θ·l)

其中，pin是输入光功率，α是每单位长度的光损耗，l是调制器的长度，θ是每单位长度的两个臂之间的相移差。从该关系可以看出，oma随着相移的增加而增加，随着损耗的增加而减少。结果，存在最佳调制器长度，超过该长度，oma不再改善。

图2b示出了根据本公开的示例性实施例的相位调制区域的截面图。参考图2b，示出了肋形波导移相器203，其中，上视图示出了n掺杂区域219和p掺杂区域221的肋211和平板部212中的光学模式225，下视图示出了肋和平板区域211和212中的p和n掺杂区域219和221。还示出了形成在通过沟槽213与肋形波导分离的外部肋217上的接触部215。

高速相位调制器(hspm)203形成在p掺杂区域和n掺杂区域接触的地方，在n掺杂区域219和p掺杂区域221的界面处导致耗尽区域223。在这种配置中，当结靠近波导中心时，耗尽区域223与光学模式225有良好的重叠，这导致良好的效率。经由延伸穿过平板区域的p/n掺杂区域发生结的每一侧的电连接。hspm根据接触部上的偏压来调制波导中光学模式的相位和损耗。

图3a至图3c示出了根据本公开的实施例的垂直hspm结中的光学模式和替代接触方案。参考图3a，示出了hspm的肋形波导和平板区域中的光学模式。通过垂直结，在耗尽区域中的电场沿垂直方向取向的情况下，由于光学模式和耗尽区域之间更好的重叠，效率提高。然而，对于垂直结，与这种结构的电连接可能是困难的。

图3b示出了一种可能的接触情况，具有n掺杂区域301、p掺杂区域303、n区域接触部305、p区域接触部307和耗尽区域309，其中，电场垂直取向，n区域接触部305放置在肋的顶部。然而，n区域接触部305中的金属与光学模式相互作用，并可以显著增加光学损耗，抵消垂直结的效率增益。

图3c示出了另一种可能的接触情况，具有n掺杂区域311、p掺杂区域313、n区域接触部315、p区域接触部317和耗尽区域311，其中，电场以“l”形垂直和水平取向。在该实施例中，在n掺杂和p掺杂的平板部上形成接触部315和317，其中，n掺杂区域311延伸到肋中，从而减小垂直结耗尽区域319的长度。连接n掺杂区域311的肋和平板部的该“颈部”区域导致n区域接触部315与pn结的n侧之间的电阻增加，从而减小调制带宽。此外，颈部区域越宽，垂直结部分越短，这降低了调制效率。因此，在保持有效垂直结的同时，低损耗和低电阻的电连接可能是困难的。

图4示出了根据本公开的示例实施例的垂直结hspm的示例连接方案。参考图4，示出了hspm400的斜角视图，其中，沿着肋形波导在不同位置具有两个截面图，如指向相应截面图的斜视图中虚线箭头所示。

在所示的实施例中，结配置沿着波导变化，使得波导的顶部例如在其长度上是完全n掺杂的，其中，n掺杂区域401延伸肋411的整个长度。在平板部412中，波导底部的大部分是p掺杂区域403，并且在除了窄区域以外的平板412的整个长度上延伸，以与顶部的n掺杂区域401接触。这由左上图像示出，除了肋之外，左上图像还对应于平板区域中的一个n掺杂窄条，而右上视图表示结构长度的其余部分。在另一示例情况中，p掺杂区域和n掺杂区域可以用n掺杂板412和p掺杂肋411反转。

倾斜视图中的“单位长度”表示n接触区域405之间的间隔，并且还表示接触区域宽度，例如，这两者都可以被配置成在调制效率、电阻和带宽之间进行权衡。p区域接触部407可以放置在n区域接触部405之间的中点，也具有变化的宽度。接触区域可以周期性地散布，例如，以规则距离散布，或者沿着波导的长度以变化的距离散布。

图5示出了根据本公开的示例实施例的垂直结hspm的另一示例连接方案。参考图5，示出了hspm500的斜角视图，其具有沿肋形波导的不同位置处的四个截面图，如箭头所示。还示出了波导510，该波导包括肋511和平板512，它们包括n掺杂区域501、p掺杂区域503、n区域接触部505和p区域接触部507。

在所示的实施例中，结配置沿着波导510变化，使得波导510的肋511在其长度上交替掺杂n型和p型，而平板512沿着波导510的长度交替掺杂p型和n型。这由与肋511的交替掺杂相对应的左上和右上截面图来说明，其中，肋511在一个截面中为p型，而在另一截面中为n型。

左下和右下截面图示出了接触区域，所述接触区域可以沿着在交替的掺杂区域之间的界面处的长度周期性地定位，其中，均匀n掺杂的窄带将n掺杂平板区域电耦接到n掺杂肋部(如左下视图所示)以及均匀p掺杂的窄带将p掺杂平板区域电耦接到p掺杂肋部(如右下视图所示)。

“单位长度”表示交替的掺杂区域之间的间距，并且接触区域宽度也被表示，例如，这两者都可以被配置成在调制效率、电阻和带宽之间进行权衡。接触区域可以周期性地散布，例如，以规则距离散布，或者沿着波导的长度以变化的距离散布。

图6示出了根据本公开的示例实施例的垂直结hspm的又一示例连接方案。参考图6，示出了hspm600的斜角视图，其具有沿肋形波导的不同位置处的两个截面图，如虚线所示。还示出了波导610，该波导包括肋611和平板612，它们包括n掺杂区域601、p掺杂区域603、n区域接触部605、p区域接触部607和i区域613。i区域包括名义上未掺杂的或固有的区域。

在所示的实施例中，结配置沿着波导610变化，使得波导610的顶部例如在其长度上是完全n掺杂的，而在平板部612中，除了窄区域以外波导底部的大部分是p掺杂的，以与顶部的n区域接触。这由左上图像示出，除了肋611之外，该左上图像还对应于平板区域612中的n掺杂窄条中的一个。此外，在肋形波导的一侧(p侧)，大部分包层是p掺杂的，将波导610的p掺杂底部连接到p掺杂脊603a。波导的n掺杂底部将延伸到p侧包层中的区域可以是未掺杂的或固有的，如“i”区域613所示，以减少损耗和电容。

在波导的另一侧(n侧)，除了将波导的n掺杂顶部连接到n掺杂脊的n掺杂窄区域之外，大部分包层都是未掺杂的。

在另一示例情况中，p和n掺杂区域可以用n掺杂平板区域和p掺杂肋反转。

与前面的实施例一样，接触区域宽度和接触区域之间的单位长度可以被配置成例如在调制效率、电阻和带宽之间进行权衡。接触区域可以周期性地散布，例如，以规则距离散布，或者沿着波导的长度以变化的距离散布。

图7示出了根据本公开的示例实施例的垂直结hspm的又一示例连接方案。参考图7，示出了hspm700的斜角视图，其具有沿肋形波导的不同位置处的三个截面图，如虚线所示。还示出了波导710，该波导包括肋711和平板712，它们包括n掺杂区域701、p掺杂区域703、n区域接触部705、p区域接触部707、i区域713和低p掺杂区域715。i区域713包括名义上未掺杂的或固有的区域。

在所示的实施例中，结配置沿着波导变化，使得波导710的肋711例如在其长度上是完全n掺杂的，而在平板部712中，除了窄区域以外波导底部的大部分是p掺杂的，以与顶部的n区域接触。这由左上图像示出，除了肋之外，左上图像还对应于平板区域中的n掺杂窄条中的一个。此外，在肋形波导的一侧，(p侧)大多数包层(即，平板)是p掺杂的，将波导的p掺杂底部连接到p掺杂脊703a。波导的n掺杂底部将延伸到p侧包层中的区域可以是未掺杂的或固有的，如“i”区域713所示，以减少损耗和电容。

在波导的另一侧(n侧)，除了将波导的n掺杂顶部连接到n掺杂脊701a的n掺杂窄区域之外，大部分包层都是未掺杂的。此外，波导底部的掺杂密度可以不同于窄接触区域的掺杂密度，如低p掺杂区域715所示。

在另一示例情况中，p和n掺杂区域可以用n掺杂平板区域和p掺杂肋反转。

与前面的实施例一样，接触区域宽度和接触区域之间的单位长度可以被配置成例如在调制效率、电阻和带宽之间进行权衡。接触区域可以周期性地散布，例如，以规则距离散布，或者沿着波导的长度以变化的距离散布。

图8示出了根据本公开的示例实施例的垂直结hspm的又一示例连接方案。参考图8，示出了hspm800的斜角视图，其具有沿肋形波导的不同位置处的四个截面图，如虚线所示。还示出了波导810，该波导包括肋811和平板812，它们包括n掺杂区域801、p掺杂区域803、n区域接触部805、p区域接触部807和i区域813。例如，i区域713包括名义上未掺杂的或固有的区域。

在所示的实施例中，结结构沿着波导810变化，使得波导的肋811在其长度上是交替地n掺杂的和p掺杂的，而波导的底部在平板部812中使n型801和固有区域813交替，而平板812中肋811的另一侧使得在p型803和固有区域813之间交替。左上角图像对应于n掺杂肋811，右上角对应于p掺杂肋811。右下角图像对应于连接区域，其中，肋和平板部通常掺杂，以提供到肋812的电连接。

与前面的实施例一样，接触区域宽度和接触区域之间的单位长度可以被配置成例如在调制效率、电阻和带宽之间进行权衡。接触区域可以周期性地散布，例如，以规则距离散布，或者沿着波导的长度以变化的距离散布。

在与垂直结进行连接时，引入了均匀掺杂接触区域。为了最小化串联电阻，该接触区域不应该太窄，但是这意味着接触区域占据的hspm波导的某一部分不会导致相移，而是会导致光损耗，降低最大可实现的oma。

在另一情况中，hspm可以包括连续垂直结和横向结区域。横向结区域可用于与垂直结区域接触，但其本身也提供相移。此外，在横向结区域和垂直结区域之间的界面处，垂直于光的传播方向出现了额外的结平面。这在图9和图10中进一步示出。

图9示出了根据本公开的示例性实施例的交替垂直结/水平结hspm。参考图9，示出了hspm900，其包括交替的横向结区域和垂直结区域。还示出了波导910，该波导包括肋911和平板912，它们包括n掺杂区域901、p掺杂区域903、n区域接触部905和p区域接触部907，其中，水平结910和垂直结920交替。

左上角图像示出了沿着光传播方向重复的hspm900的单位单元的斜角视图。示出了在左侧具有p掺杂区域903、在右侧具有n掺杂区域901的水平结910，并且还示出了在底部具有p掺杂区域903、在顶部具有n掺杂区域901的垂直结920，但是反向配置(p顶部/n底部和n左侧/p右侧)或交替的两种取向也是可能的。

图10示出了根据本公开的示例性实施例的交替垂直结/横向结hspm的另一实施例。参考图10，示出了hspm1000，其包括交替的横向结区域和垂直结区域。还示出了n掺杂区域1001、p掺杂区域1003、n区域接触部1005和p区域接触部1007，具有交替的水平结1010和垂直结1020。

参考图10，hspm1000可以类似于hspm900，但是垂直结1020顶部掺杂访问区域(在这种情况下为n)的一部分没有掺杂，如i区域1011所示，以减小电容。在该区域中，肋1011包括n掺杂区域1001，并且下面的平板1012包括p掺杂区域1003，使得来自结耗尽区域的电场垂直取向。

在一个示例实施例中，公开了用于垂直结高速相位调制器的方法和系统。在这点上，本公开的方面可以包括一种半导体装置，所述装置具有半导体波导，所述半导体波导包括平板部、在平板部上方延伸的肋部以及在肋部两侧在平板部上方延伸的凸起脊。半导体装置还具有垂直pn结，其中，p掺杂材料和n掺杂材料在肋部和平板部中彼此垂直设置，其中，所述肋部在沿着半导体波导的每个横截面中是完全n掺杂的或完全p掺杂的。半导体装置还具有：通过在凸起脊上形成接触部，与p掺杂和n掺杂材料的电连接；并且经由半导体波导的周期性设置的部分从接触部中的一个接触部与肋部电连接，其中，周期性设置的部分中的肋部和平板部的横截面是完全n掺杂的或完全p掺杂的。

肋部沿着所述半导体波导的整个长度可以是完全n掺杂的或完全p掺杂的。肋部可以沿着半导体波导的整个长度在完全p掺杂或完全n掺杂部分之间交替。平板部可以沿着半导体波导的整个长度在完全p掺杂或完全n掺杂部分之间交替。除了周期性设置的部分之外，平板部可以沿着半导体波导的整个长度是完全n掺杂的或完全p掺杂的。凸起脊可以通过沟槽与肋分离。半导体波导可以包括光调制器的第一相位调制部分。

本公开的其他方面可以包括一种半导体装置，该装置具有半导体波导，所述半导体波导包括平板部、在平板部上方延伸的肋部以及在肋部两侧在平板部上方延伸的凸起脊。半导体装置还具有垂直pn结，其中，p掺杂材料和n掺杂材料分别在肋和平板部中彼此垂直设置，其中，所述肋部在沿着半导体波导的每个横截面中是完全n掺杂的或p掺杂的。半导体装置还具有：经由凸起脊上的接触部，与p掺杂材料和n掺杂材料电接触；并且经由半导体波导的周期性设置的部分从接触部中的一个接触部与肋部电接触，其中，周期性设置的部分中的肋部和平板部的横截面主要用未掺杂部分来n掺杂或者主要用未掺杂部分来p掺杂。

本公开的进一步方面可以包括一种半导体装置，所述装置具有半导体波导，所述半导体波导包括平板部、在平板部上方延伸的肋部以及在肋部两侧在平板部上方延伸的凸起脊。半导体波导的第一部分具有垂直pn结，其中，p掺杂材料和n掺杂材料分别在肋和平板部中彼此垂直设置，其中，肋部在第一部分中沿着半导体波导是完全n掺杂的或完全p掺杂的。半导体波导的第二部分具有水平pn结，其中，p掺杂材料和n掺杂材料在肋部和平板部两者中相对于彼此横向设置。半导体装置还具有经由凸起脊上的接触部，与p掺杂材料和n掺杂材料的电接触。半导体波导的第二部分中的平板部的一部分可以是未掺杂的。平板部的未掺杂部分可以在所述凸起脊和所述肋部之间。凸起脊可以通过沟槽与肋分离。半导体波导可以包括光调制器的第一相位调制部分。

虽然已经参考某些实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等同物。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改，以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，其目的在于，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。