JP2023526109A - マイクロリング変調器及びその製造方法 - Google Patents

マイクロリング変調器及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、マイクロリング変調器及びその製造方法を開示する。該マイクロリング変調器は、少なくとも１つの直導波材と、直導波材と互いに結合関係にある少なくとも１つの表面プラズモンマイクロリング共振器とを備え、直導波材は、光信号を伝送するように構成されており、表面プラズモンマイクロリング共振器は、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されている。本発明の技術案によれば、光信号の損失が小さく且つデバイスのサイズが小さい変調器を実現することができる。【選択図】図１

Description

本発明は通信技術の分野に関するものであり、具体的にはマイクロリング変調器及びその製造方法を開示する。
ラック、ボード、モジュール間の光相互接続技術が日増しに成熟するのに伴い、人々は研究目標を徐々にチップ内部の光相互接続に向けるようになってきている。近赤外波長帯でのシリコンの低光損失特性により、絶縁体上シリコンは現在産業界で最も重要なオンチップフォトニクスプラットフォームであり、ＣＭＯＳ技術と互換性があるだけでなく、高屈折率導波材及びさまざまな能動フォトニックデバイス（主にレーザー、変調器と検出器）、受動フォトニックデバイス（カプラ、偏光ビームスプリッタ、波長分割マルチプレクサとデマルチプレクサ、多モード干渉計など）の製造に便利である。
変調器は、オンチップ光相互接続の能動コアデバイスとして、低い挿入損失と高い変調帯域幅を満足することを前提に、より小さなデバイス長さで、電気信号の作用下で、光信号に対してより大きな変調深さを実現する必要がある。しかしながら、従来のシリコンマイクロリング変調器のサイズは１０マイクロメートル前後であり、デバイスサイズをこれ以上小さくすることはできない。
したがって、光信号の損失が小さく且つデバイスのサイズが小さい変調器が強く求められている。
本発明の実施形態の主な目的は、光信号の損失が小さく且つデバイスのサイズが小さい変調器を実現するためのマイクロリング変調器及びその製造方法を提案することである。
上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、マイクロリング変調器を提供し、前記マイクロリング変調器は、少なくとも１つの直導波材と、前記直導波材と互いに結合関係にある少なくとも１つの表面プラズモンマイクロリング共振器とを備え、前記直導波材は、光信号を伝送するように構成されており、前記表面プラズモンマイクロリング共振器は、前記表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されている。
上記目的を達成するために、本発明の実施形態はさらに、マイクロリング変調器の製造方法を提案し、前記方法は、光信号を伝送するように構成された少なくとも１つの直導波材を製造するステップと、前記直導波材と互いに結合関係にある少なくとも１つの表面プラズモンマイクロリング共振器を製造するステップであって、前記表面プラズモンマイクロリング共振器は、前記表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されているステップと、を含む。
本発明により提案されるマイクロリング変調器及びその製造方法によれば、直導波材と、直導波材と互いに結合関係にある表面プラズモンマイクロリング共振器とを備え、直導波材により光信号を伝搬させ、表面プラズモンマイクロリング共振器は、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の光信号の強度を変調するために用いられ、表面プラズモンデバイスに比べて、直導波材により光信号を伝送させることで、光信号の伝送損失を大幅に下げ、シリコンマイクロリング変調器に比べて、表面プラズモンマイクロリング共振器により、光信号をより小さいスケール下に限定して伝搬させることができるので、マイクロリング共振器のサイズを小さくできる。
本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の平面図である。 本発明の実施形態により提供される別のマイクロリング変調器の平面図である。 本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器による光信号の伝送及び変調の原理の模式図である。 本発明の実施形態により提供される直導波材の構成模式図である。 本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の平面図である。 図４のＡ－Ａ’方向の断面図である。 本発明の実施形態により提供される別のマイクロリング変調器の平面図である。 図７のＢ－Ｂ’方向の断面図である。 本発明の実施形態により提供される別のマイクロリング変調器の平面図である。 本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施形態により提供される直導波材の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施形態により提供される表面プラズモンマイクロリング共振器の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施形態により提供される別の表面プラズモンマイクロリング共振器の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 本発明の実施形態により提供される直導波材の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 本発明の実施形態により提供される表面プラズモンマイクロリング共振器の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 本発明の実施形態により提供される別の表面プラズモンマイクロリング共振器の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。
ここで説明する具体的な実施例は本発明を解釈するためだけに使われるのであって、本発明を限定するために使われるものではないと理解しておくべきである。
以下の説明において、「モジュール」、「部品」、又は「ユニット」などの、要素を示すための接尾語は、本発明の説明を容易にするためにのみ使用され、それ自体に特定の意味があるわけではない。したがって、「モジュール」、「部品」又は「ユニット」は互換的に使用することができる。
上記した背景技術にも説明されたように、従来のシリコンマイクロリング変調器のサイズは１０マイクロメートル前後であり、デバイスサイズをこれ以上小さくすることはできない。その原因として、従来のシリコンベースの光変調器はシリコン材料の微弱なプラズマ波長分散効果に制限されており、より小さなスケールでより大きな変調深さを得ることは困難である。しかし、表面プラズモン（ＳＰＰ：ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｐｏｌａｒｉｔｏｎ）フォトニクスは金属性ナノ構造が回折限界により制限される誘電体光学系とナノオーダーのオンチップ電子素子との間のスケール不整合を解決する潜在力を明らかにした。表面プラズモン変調器は、僅か数マイクロメートルの大きさで大きな光変調幅を実現することができる。しかし、表面プラズモンを発生させる活性層に固有に存在する自由キャリア吸収により、この変調器は通常、大きなオンチップ損失を有する。したがって、光信号の損失が小さく且つデバイスのサイズが小さい変調器が強く求められている。
上述した技術問題に対して、本発明の実施形態は、光信号に対する低変調損失を保証しつつ、装置のサイズを小さくするマイクロリング変調器を提供する。
図１は本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の構造模式図である。図２は本発明の実施形態により提供される別のマイクロリング変調器の構造模式図である。図２及び図２に示すように、該マイクロリング変調器は、少なくとも１つの直導波材１０と、直導波材と互いに結合関係にある少なくとも１つの表面プラズモンマイクロリング共振器２０とを備え、直導波材１０は、光信号を伝送するように構成されており、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、表面プラズモンマイクロリング共振器２０に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されている。
なお、図１及び図には、１つの表面プラズモンマイクロリング共振器２０と１つの直導波材１０とが結合されてなるマイクロリング変調器の構造模式図のみが例示的に示されている。また、図１には、表面プラズモンマイクロリング共振器２０が直導波材１０上方の既定距離に位置し、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに垂直結合関係にあることが示されている。図２において、表面プラズモンマイクロリング共振器２０が直導波材１０と同一の平面にあって既定距離だけ離れており、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに水平結合関係にある。
図３は本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器による光信号の伝送及び変調の原理の模式図である。図３は最も簡単なマイクロリング変調器による光信号の伝送及び変調の原理の模式図を例示的に示す。図３に示すマイクロリング変調器は、単一の表面プラズモンマイクロリング共振器２０と１本の直導波材１０とが結合されてなる。本発明の実施形態は、プラズモンマイクロリング共振器２０及び直導波材１０の数を限定することなく、当業者が実際の必要に応じて自ら設定することができる。なお、本発明のいずれの実施形態においても、１つの直導波材１０と１つの表面プラズモンマイクロリング共振器２０とを例に挙げて説明する。例えば、図３を参照し、表面プラズモンマイクロリング共振器２０に対応する波長の光信号は、直導波材１０の入力端１０Ａから表面プラズモンマイクロリング共振器２０を通過する際に、表面プラズモンマイクロリング共振器２０を１周伝送されると、直導波材１０の出力端１０Ｂから出力される。表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに結合関係にあり、この結合関係は水平結合であっても垂直結合であってもよく、表面プラズモンマイクロリング共振器２０に対応する波長の光信号が表面プラズモンマイクロリング共振器２０における伝送中に共振状態にあるため、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、表面プラズモンマイクロリング共振器２０に対応する波長の光信号の強度を変調することができる。ここで、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長は表面プラズモンマイクロリング共振器２０のサイズに相関する。光信号が表面プラズモンマイクロリング共振器２０内を１周伝送される長さと、結合領域３０内の表面プラズモンマイクロリング共振器２０の長さとの差は、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の整数倍である。
一例として、直導波材１０は、シリコン材料を導波層とし、二酸化ケイ素材料をクラッド層とする絶縁体上シリコン（ＳＯＩ：Ｓｉｌｉｃｏｎ－ｏｎ－ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）シリコンフォトニック直導波材であり、シリコンと二酸化ケイ素との屈折率差が約２と大きいので、光信号は屈折率の低い二酸化ケイ素誘電体層に入ることなくシリコン中を伝送することができる。光信号伝送時の近赤外波長帯でのシリコンの低光損失特性により、絶縁体上シリコンは現在産業界で最も重要なオンチップフォトニクスプラットフォームであり、一方では光信号伝送中の損失を下げ、他方ではＣＭＯＳ技術と互換性があり、デバイスコストを下げて、光電子集積回路を実現することができる。
表面プラズモン（ＳＰＰ：ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｐｏｌａｒｉｔｏｎ）フォトニクスは金属性ナノ構造が回折限界により制限される誘電体光学系とナノオーダーのオンチップ電子素子との間のスケール不整合を解決する潜在力を明らかにした。表面プラズモン変調器は、僅か数マイクロメートルの大きさで大きな光変調幅を実現することができる。具体的には、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、一般に、活性層及び誘電体層を含み、電気信号の作用により、活性層と誘電体層との界面に表面プラズモンが発生し、該活性層の比誘電率は限りなくゼロに近く、光信号に対するインピーダンスは限りなくゼロに近く、位相変化は限りなく小さく、光信号の指向性発射、及び光信号を小スケール下に制限することができる。具体的には、従来のシリコンマイクロリング変調器のサイズは１０マイクロメートル前後であるが、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の場合、マイクロリングのサイズを１マイクロメートル前後に小さくすることができる。これにより、光信号が共振状態にあるとき、光信号は活性層と誘電体層との界面で伝搬することができ、伝搬の媒体は表面プラズモンである。また、該活性層は、比較的良好なイオン波長分散作用を有し、すなわち、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、電気信号の作用により、キャリアを生成して、活性層と誘電体層との界面における実効屈折率を変化させて光信号の強度を変調することができる。また、非マイクロリング表面プラズモンマイクロリング共振器と比べて、表面プラズモンマイクロリング共振器を光スイッチとして機能させ、光信号が非共振状態にある場合の表面プラズモンマイクロリング共振器による光信号の損失をなくすことができる。
本発明の実施形態における技術案は、直導波材１０と、直導波材と互いに結合関係にある表面プラズモンマイクロリング共振器２０とを備え、直導波材により光信号を伝搬させ、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されており、表面プラズモンデバイスに比べて、直導波材１０により光信号を伝送させることで、光信号の伝送損失を大幅に下げ、シリコンマイクロリング変調器に比べて、表面プラズモンマイクロリング共振器２０により、光信号をより小さいスケール下に限定して伝搬させることができるので、マイクロリング共振器のサイズを小さくする。なお、シリコンベースの共振器に比べて、本発明の実施形態における技術案は、デバイスのサイズを小さくするとともに、損失をわずかに減少させることで、マイクロリング変調器の変調帯域幅を向上させるため、上記技術案により、光信号に対する損失が小さく、変調帯域幅が大きく、且つデバイスのサイズが小さい変調器を実現することができる。
上述の技術案において、表面プラズモンデバイスに比べて、直導波材１０により光信号を伝送させることで、光信号の通過損失を大幅に下げるが、以下に、直導波材１０の具体的な構造を具体的に説明する。
図４は本発明の実施形態により提供される直導波材の構成模式図である。図４を参照し、この直導波材は、基板１０１と、基板１０１の表面にある下部クラッド層１０２と、下部クラッド層１０２の基板１０１から離れた側の表面にある第１導波層１０３であって、第１平面導波材１０３１と第１平面導波材１０３１の表面にあるリブ型導波材１０３２とを備える第１導波層１０３と、第１導波層１０３の下部クラッド層１０２から離れた側の表面にある上部クラッド層１０４であって、第１導波層１０３から離れた側の表面が平面である上部クラッド層１０４と、を備える。
一例として、基板１０１はシリコン材料であってもよい。下部クラッド層１０２は二酸化ケイ素材料であってもよく、第１導波層１０３はシリコン材料であってもよく、上部クラッド層１０４は二酸化ケイ素材料であってもよい。下部クラッド層１０２と第１導波層１０３、及び第１導波層１０３と上部クラッド層１０４はそれぞれ絶縁体上シリコン構造を構成しており、このような構造は主に次の点で示される顕著な性能の優位性を有している。（１）光波の波長が１．１２マイクロメートルを超える波長帯において、シリコンの固有吸収損失が極めて小さく、１５５０ナノメートルの通信波長帯ではほぼ透明で無損失である。（２）第１導波層１０３と下部クラッド層１０２又は上部クラッド層１０４の材料の屈折率との差は約２と大きく、高い屈折率差により、それによるライトフィールドに対する制限能力を高める。（３）シリコンベースのフォトニックデバイスの製造プロセスはマイクロエレクトロニクス分野で成熟したＣＭＯＳプロセスと完全に互換性があり、デバイスの支持体が大幅に低くなり、且つ光電子集積回路の実現を可能にする。
上記技術案において、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに結合関係にあり、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されている。以下では、図４に示す直導波材１０を例に、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに垂直結合関係にある場合の表面プラズモンマイクロリング共振器２０の具体的な構造を具体的に説明する。
図５は本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の平面図である。図６は図５のＡ－Ａ’方向の断面図である。図５及び図６に示すように、該マイクロリング変調器に備えられる表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、溝付き導電マイクロリング２０１と、第１誘電体層２０２と、第１表面プラズモン活性層２０３とを備え、溝付き導電マイクロリング２０１は、内側から外側へ順に配置された導電内リング２０１Ａと、環状溝２０１Ｂと、導電外リング２０１Ｃとを備え、第１誘電体層２０２は、導電内リング２０１Ａの表面、環状溝２０２Ｂの側壁及び底面、及び導電外リング２０１Ｃの表面にあり、導電内リング２０１Ａと導電外リング２０１Ｃとは、第１誘電体層２０２を貫通する導電ビア２０Ａを介して第１電気信号に接続され、第１表面プラズモン活性層２０３は、環状溝２０１Ｂ内にある第１誘電体層２０２の環状溝２０１Ｂから離れた側の表面にあり、第２電気信号に接続されるように構成され、第１表面プラズモン活性層２０３と第１誘電体層２０２との接触面は、光信号を変調する表面プラズモンを生成させるように構成されている。
具体的には、導電マイクロリング２０１は、金属マイクロリングとしてもよく、その金属として、金、銀及び銅のうちの１つ又は複数を選択することができる。その中で、金の化学的性質が最も安定しており、銀の表面プラズモン損失は最も低く、銅はＣＭＯＳプロセスに適合しており、本発明はその材料の選択を限定することなく、実際の応用需要に応じて選択することができる。
第１誘電体層２０２として、例えば、二酸化ケイ素、二酸化ハフニウム（ＨＦＯ２）とすることができる。第１誘電体層２０２の厚さは、５ナノメートル以上且つ１５ナノメートル以下とすることができる。この範囲とすることで、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の変調効率を十分な変調帯域幅を考慮しつつ、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の十分な変調帯域幅を保証することができる。
第１表面プラズモン活性層２０３は、電気信号の作用によりプラズモンを生成させることができ、具体例としては誘電率の値が０に近い材料とすることができる。誘電率の値が０に近い（ＥＮＺ：Ｅｐｓｉｌｏｎ ｎｅａｒ ｚｅｒｏ）材料とは、比誘電率が限りなくゼロに近い一種のメタマテリアルである。比誘電率は限りなくゼロに近く、光信号に対するインピーダンスは限りなくゼロに近く、位相変化は限りなく小さく、光信号の指向性発射、及び光信号をより小さいスケール下に制限することができる。このため、光信号が共振状態にあるとき、第１表面プラズモン活性層２０３と第１誘電体層２０２との界面で伝搬することができ、伝搬の媒体は表面プラズモンである。また、第１表面プラズモン活性層２０３は、比較的良好なイオン波長分散作用を有し、すなわち、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、電気信号の作用により、第１表面プラズモン活性層２０３によりキャリアを生成し、第１表面プラズモン活性層２０３と第１誘電体層２０２との界面における実効屈折率を変化させて光信号の強度を変調することができる。よく使われる誘電率の値が０に近い材料として、透明導電酸化物薄膜（ＴＣＯ）とすることができる。このような薄膜は、バンドギャップが大きい、可視スペクトル領域の光透過率が高い、抵抗率が低い等共通の光電特性を有する。透明導電酸化物薄膜の例としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）薄膜、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）薄膜、酸化カドミウム（ＣｄＯ）薄膜などとすることができる。
あるいは、図６を参照し、表面プラズモンマイクロリング共振器２０はさらに複数のパッド２０Ｂを備え、各導電ビア２０Ａに１つのパッド２０Ｂが対応して設けられ、第１表面プラズモン活性層２０３上にパッド２０Ｂが設けられ、導電ビア２０Ａと第１表面プラズモン活性層２０３はパッド２０Ｂを介して対応する電気信号を取得する。なお、導電ビア２０Ａ及びパッド２０Ｂは、図５には示されていない。
あるいは、導電内リング２０１Ａと導電外リング２０１Ｃとが第１誘電体層２０２を貫通する導電ビア２０Ａを介して接続する第１電気信号を、電源の正極信号とし、第１表面プラズモン活性層２０３が接続する第２電気信号を、電源の負極信号として、第１電気信号と第２電気信号との差の値を制御することにより、第１表面プラズモン活性層２０３のキャリア濃度を変化させ、第１表面プラズモン活性層２０３と第１誘電体層２０２との界面における実効屈折率を変化させることで、光信号に対する強度変調を実現することができる。
上記技術案において、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに結合関係にあり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されている。以下では、図４に示す直導波材１０を例に、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに水平結合関係にある場合の表面プラズモンマイクロリング共振器２０の具体的な構造を具体的に説明する。
図７は本発明の実施形態により提供される別のマイクロリング変調器の平面図である。図８は図７のＢ－Ｂ’方向の断面図である。図７及び図８に示すように、該マイクロリング変調器に備えられる表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、第２導波層２１０と、第２誘電体層２１１と、第２表面プラズモン活性層２１２とを備え、第２導波層２１０は、第２水平導波材２１０Ａと、第２水平導波材２１０Ａの表面にあるマイクロリング導波材２１０Ｂとを備え、マイクロリング導波材２１０Ｂには溝２１３が設けられており、溝２１３の底面は第２水平導波材２１０Ａの表面の一部を露出させ、第２誘電体層２１１は第２導波層２１０の表面にあり、マイクロリング導波材２１０Ｂの周囲に位置する第２水平導波材２１０Ａは、第２誘電体層を貫通する導電ビアを介して第３電気信号に接続され、第２表面プラズモン活性層２１２は、マイクロリング導波材２１０Ｂ上の第２誘電体層２１１のマイクロリング導波材２１０Ｂから離れた側の表面にあり、第４電気信号に接続されるように構成され、第２表面プラズモン活性層２１２と第２誘電体層との接触面は、光信号を変調する表面プラズモンを生成させるように構成されている。なお、マイクロリング導波材２１０Ｂの周囲に位置する第２水平導波材２１０Ａは、第２誘電体層を貫通する導電ビアを介して第３電気信号に接続されるが、マイクロリング導波材２１０Ｂと第２水平導波材２１０Ａとが電気的に接続されているため、マイクロリング導波材２１０Ｂは第３電気信号に接続される。
具体的には、第２導波層２１０はシリコン材料であり、直導波材１０内の第１導波層１０３とが同一層であり、マイクロリング導波材２１０Ｂはリブ型導波材１０３２と既定距離Ｌ１だけ離れており、該既定距離Ｌ１は結合状態に影響する。既定距離Ｌ１が小さいほど、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が大きくなり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が高くなる。既定距離Ｌ１が小さいほど、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が小さくなり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が低くなる。
第２誘電体層２１１として、例えば、二酸化ケイ素、二酸化ハフニウム（ＨＦＯ２）とすることができる。第２誘電体層２１１の厚さの範囲は、５ナノメートル以上、又は１５ナノメートル以下とすることができる。この範囲とすることで、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の変調効率を十分な変調帯域幅を考慮しつつ、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の十分な変調帯域幅を保証することができる。
第２表面プラズモン活性層２１２は、電気信号の作用によりプラズモンを生成させることができ、具体例としては誘電率の値が０に近い材料とすることができる。誘電率の値が０に近い（ＥＮＺ：Ｅｐｓｉｌｏｎ ｎｅａｒ ｚｅｒｏ）材料とは、比誘電率が限りなくゼロに近い一種のメタマテリアルである。比誘電率は限りなくゼロに近く、光信号に対するインピーダンスは限りなくゼロに近く、位相変化は限りなく小さく、光信号の指向性発射、及び光信号をより小さいスケール下に制限することができる。このため、光信号が共振状態にあるとき、第２表面プラズモン活性層２１２と第２誘電体層２１１との界面で伝搬することができ、伝搬の媒体は表面プラズモンである。また、第２表面プラズモン活性層２１２は、比較的良好なイオン波長分散作用を有し、すなわち、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、電気信号の作用により、第２表面プラズモン活性層２１２によりキャリアを生成し、第２表面プラズモン活性層２１２と第２誘電体層２１１との界面における実効屈折率を変化させて光信号の強度を変調することができる。よく使われる誘電率の値が０に近い材料として、透明導電酸化物薄膜（ＴＣＯ）とすることができる。このような薄膜は、バンドギャップが大きい、可視スペクトル領域の光透過率が高い、抵抗率が低い等共通の光電特性を有する。透明導電酸化物薄膜の例としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）薄膜、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）薄膜、酸化カドミウム（ＣｄＯ）薄膜などとすることができる。
図９は本発明の実施形態により提供される別のマイクロリング変調器の平面図である。図９に示すように、表面プラズモンマイクロリング共振器２０はさらに複数のパッド２０Ｂを備え、各導電ビアに１つのパッド２０Ｂが対応して設けられ、導電ビアはパッド２０Ｂを介して対応する電気信号を取得する。マイクロリング導波材２１０Ｂの周囲に位置する第２水平導波材２１０Ａ、第２誘電体層２１１を貫通する導電ビアが２つあり、表面プラズモン共振器２０に対して対称に配置されているため、それに対応するパッド２０Ｂも表面プラズモン共振器２０に対して対称に配置されている。あるいは、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、第２の表面プラズモン活性層２１２の上に部分的に配置された第２の表面プラズモン活性層２１２と同じ材料の活性接続層２０Ｃをさらに含む。第２表面プラズモン活性層２１２は、活性接続層２０Ｃ上のパッド２０Ｂを介して第４電気信号に接続される。これにより、マイクロリング導波材２１０Ｂ上にある第２表面プラズモン活性層２１２とパッド２０Ｂとの直接電気的接続により、表面の第２表面プラズモン活性層２１２に損傷を与え、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率に影響するのを回避する。なお、導電ビア及びパッドは、図７及び図８には示されていない。なお、導電ビアは図９には示されていない。あるいは、マイクロリング導波材２１０Ｂの周囲に位置するパッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂとの間隔を約５００ナノメートルとし、活性接続層２０Ｃ上のパッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂとの間隔を約５００ナノメートルとすることで、パッド２０Ｂの作製中に金属層をエッチングする際にマイクロリング導波材２１０Ｂへ損傷を与え、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率に影響するのを避ける。
あるいは、第３電気信号を、電源の正極信号とし、第４電気信号を、電源の負極信号として、第３電気信号と第４電気信号との差の値を制御することにより、第２表面プラズモン活性層２１２のキャリア濃度を変化させ、第２表面プラズモン活性層２１２と第２誘電体層２１１との界面における実効屈折率を変化させることで、光信号に対する強度変調を行うことができる。
導電ビアとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗を低減させるために、本発明の実施形態において、第２水平導波材２１０Ａ及びマイクロリング導波材２１０Ｂの第２誘電体層２１１に近い表面にＮ型ドープ領域又はＰ型ドープ領域を設ける。
具体的には、第２水平導波材２１０Ａ及びマイクロリング導波材２１０Ｂの第２誘電体層２１１に近い表面にＮ型ドープ領域又はＰ型ドープ領域を設けることで、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗を低減させ、さらには表面プラズモン共振器２０の直列抵抗を低減させる。また、イオンのドーピング濃度を制御することにより、導電ビアとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗の大きさを制御してもよい。イオンのドーピング濃度が高いほど、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗が小さくなり、イオンのドーピング濃度が小さいほど、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗が小さくなる。一例として、ドーピング濃度は、一般に１０１９ｃｍ－３～１０２０ｃｍ－３であり、ドープ層の厚さは、一般に３０～７０ｎｍである。この濃度範囲内では、Ｎ型高濃度ドープ領域又はＰ型高濃度ドープ領域が形成されるため、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗をさらに低減させる。
なお、図６を参照し、上部クラッド層１０４のリブ型導波材１０３２を覆っている部分の厚さＬ２は、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合状態に影響を与える。上部クラッド層１０４のリブ型導波材１０３２を覆っている部分の厚さＬ２が小さいほど、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が小さくなり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が低くなる。上部クラッド層１０４のリブ型導波材１０３２を覆っている部分の厚さが大きいほど、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が大きくなり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が高くなる。
あるいは、図６を参照し、上部クラッド層１０４のリブ型導波材１０３２を覆っている部分の厚さＬ２は、５０ナノメートル以上、且つ７０ナノメートル以下である。
具体的には、上部クラッド層１０４のリブ型導波材１０３２を覆っている部分の厚さＬ２が５０ナノメートル未満であれば、直導波材１０の機械的強度が弱くなってしまう。上部クラッド層１０４のリブ型導波材１０３２を覆っている部分の厚さＬ２が７０ナノメートルより大きければ、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が小さくなりすぎる。したがって、上部クラッド層１０４のリブ型導波材１０３２を覆っている部分の厚さＬ２を５０ナノメートル以上且つ７０ナノメートル以下とすることにより、直導波材１０の機械的強度が弱すぎる問題も、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が弱すぎて、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が低下する問題も回避される。
上述した技術案において、表面プラズモンマイクロリング共振器２０に対応する波長は表面プラズモンマイクロリング共振器２０のサイズに相関する。光信号が表面プラズモンマイクロリング共振器２０内を１周伝送される長さから、結合領域３０の長さを差し引いた差は、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の整数倍である。
あるいは、図５を参照し、導電内リング２０１Ａの直径は１．８マイクロメートル以上、且つ２．４マイクロメートル以下であり、且つ／又は、導電外リング２０１Ｃの直径は２．８マイクロメートル以上、且つ３．２マイクロメートル以下であり、且つ／又は、環状溝２０１Ｂの幅は８０ナノメートル以上、且つ１００ナノメートル以下である。
環状溝２０１Ｂの寸法は、導電内リング２０１Ａ及び導電外リング２０１Ｃのサイズによって決まり、導電内リング２０１Ａの直径が大きいほど、環状溝２０１Ｂの周長が長くなる。導電外リング２０１Ｃの直径が大きいほど、環状溝２０１Ｂの周長が長くなる。第１誘電体層２０２の厚さが一定の場合、環状溝２０１Ｂの幅が広いほど、第１表面プラズモン活性層２０３の幅が広くなる。
具体的には、導電内リング２０１Ａの直径を１．８マイクロメートル以上、且つ２．４マイクロメートル以下とし、且つ／又は、導電外リング２０１Ｃの直径を２．８マイクロメートル以上、且つ３．２マイクロメートル以下とすることにより、環状溝２０１Ｂの周長が長いほど、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長が既定範囲内にあるという条件が満たされることを保証することができる。一例として、表面プラズモンマイクロリング共振器２０に対応する波長は、Ｏ波長帯とＣ波長帯であってもよい。ここで、Ｏ波長帯の波長は約１３１０ナノメートルであり、Ｃ波長帯の波長は約１５５０ナノメートルである。
環状溝２０１Ｂの幅が８０ナノメートル未満であれば、第１誘電体層２０２の厚さが一定である場合、第１表面プラズモン活性層２０３の幅が狭すぎ、第１表面プラズモン活性層２０３により供給されるキャリアの濃度が低すぎるため、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の変調効率が低すぎる。環状溝２０１Ｂの幅が１００ナノメートルを超えれば、第１誘電体層２０２の厚さが一定である場合、第１表面プラズモン活性層２０３の幅が広すぎ、第１表面プラズモン活性層２０３によるキャリアの吸収が多すぎるため、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の変調効率が低すぎる。
あるいは、図４に示す直導波材１０において、リブ型導波材１０３２の幅Ｌ３は４００ナノメートル以上、且つ５００ｎｍ以下である。リブ型導波材１０３２の厚さＬ４は、第１導波層１０３の厚さによって決まる。第１平面導波材１０３１の厚さＬ５は、６０ナノメートル以上且つ８０ナノメートル以下である。第１導波層１０３の厚さは、１６０ナノメートル、２２０ナノメートル、又は２５０ナノメートルであってもよい。上記の寸法範囲により、単一の表面プラズモンマイクロリング共振器２０と１本の直導波材１０とが結合されてなる表面プラズモンマイクロリング変調器の比較的小さい伝送損失を保証することができる。
マイクロリング導波材２１０Ｂの直径によって、光信号が表面プラズモンマイクロリング共振器２０内を１周伝送される長さと、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長とが決まる。あるいは、マイクロリング導波材２１０Ｂの外径は１０マイクロメートル以上、且つ１２マイクロメートル以下であり、且つ／又は、マイクロリング導波材２１０Ｂの幅は２００ナノメートル以上、且つ４００ナノメートル以下である。
マイクロリング導波材２１０Ｂの外径が大きいほど、光信号が表面プラズモンマイクロリング共振器２０内を１周伝送される長さが長くなる。マイクロリング導波材２１０Ｂの外径Ｌ６を１０μｍ以上、且つ１２μｍ以下とすることで、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長が既定範囲内にある。一例として、表面プラズモンマイクロリング共振器２０に対応する波長は、Ｏ波長帯とＣ波長帯であってもよい。ここで、Ｏ波長帯の波長は約１３１０ナノメートルであり、Ｃ波長帯の波長は約１５５０ナノメートルである。
マイクロリング導波材２１０Ｂの幅Ｌ７が２００ナノメートル未満であれば、第２表面プラズモン活性層２１２の幅が狭すぎ、第２表面プラズモン活性層２１２により供給されるキャリアの濃度が低すぎるため、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の変調効率が低すぎる。マイクロリング導波材２１０Ｂの幅Ｌ７が４００ナノメートルを超えれば、第２表面プラズモン活性層２１２の幅が広すぎ、第１表面プラズモン活性層２０３によるキャリアの吸収が多すぎるため、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の変調効率が低すぎる。
本発明の実施形態はさらに、マイクロリング変調器の製造方法を提供する。図１０は本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の製造方法のフローチャートである。図１４から図１９は本発明の実施形態により提供されるマイクロリング変調器の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。ここで、図１５は図１４の左側面図である。図１７は図１６のＡ－Ａ’方向の断面図である。図１９は図１８のＢ－Ｂ’方向の断面図である。図１０に示すように、該マイクロリング変調器の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ１１０において、光信号を伝送するように構成された少なくとも１つの直導波材を製造する。
図１４及び図１５を参照し、光信号を伝送するように構成された少なくとも１つの直導波材１０を製造する。図１４及び図１５は１つの直導波材１０のみを例示的に示している。本発明の実施形態は、プラズモンマイクロリング共振器及び直導波材の数を限定することなく、当業者が実際の必要に応じて自ら設定することができる。なお、本発明のいずれの実施形態においても、１つの直導波材１０と１つの表面プラズモンマイクロリング共振器２０とを例に挙げて説明する。
一例として、直導波材１０は、シリコン材料を導波層とし、二酸化ケイ素材料をクラッド層とする絶縁体上シリコンシリコンフォトニック直導波材であり、シリコンと二酸化ケイ素との屈折率差が約２と大きいので、光信号は屈折率の低い二酸化ケイ素誘電体層に入ることなくシリコン中を伝送することができる。光信号伝送時の近赤外波長帯でのシリコンの低光損失特性により、絶縁体上シリコンは現在産業界で最も重要なオンチップフォトニクスプラットフォームであり、一方では光信号伝送中の損失を下げ、他方ではＣＭＯＳ技術と互換性があり、デバイスコストを下げて、光電子集積回路を実現することができる。
ステップ１２０において、直導波材と互いに結合関係にある少なくとも１つの表面プラズモンマイクロリング共振器を製造するステップであって、表面プラズモンマイクロリング共振器は、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されているステップと、を含む。
図１６及び図１７を参照し、直導波材１０と互いに垂直結合関係にある少なくとも１つの表面プラズモンマイクロリング共振器２０を製造する。図１８及び図１９を参照し、直導波材１０と互いに水平結合関係にある少なくとも１つの表面プラズモンマイクロリング共振器２０を製造する。また、図１６及び図１７には、表面プラズモンマイクロリング共振器２０が直導波材１０上方の既定距離に位置し、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに垂直結合関係にあることが示されている。図１８及び図１９において、表面プラズモンマイクロリング共振器２０が直導波材１０と同一の平面にあって既定距離だけ離れており、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに水平結合関係にある。
本実施形態において、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、一般に、活性層２０Ｄ及び誘電体層２０Ｅを含み、活性層２０Ｄと誘電体層２０Ｅとの界面に表面プラズモンが発生し、該活性層２０Ｄの比誘電率は限りなくゼロに近く、光信号に対するインピーダンスは限りなくゼロに近く、位相変化は限りなく小さく、光信号の指向性発射、及び光信号をより小さいスケール下に制限することができる。これにより、光信号が共振状態にあるとき、光信号は活性層２０Ｄと誘電体層２０Ｅとの界面で伝搬することができ、伝搬の媒体は表面プラズモンである。また、該活性層２０Ｄは、より良好なイオン波長分散作用を有し、すなわち、表面プラズモンマイクロリング共振器は、電気信号の作用により、キャリアを生成して、活性層２０Ｄと誘電体層２０Ｅとの界面における実効屈折率を変化させて光信号の強度を変調することができる。
本発明の実施形態における技術案によれば、直導波材１０と、直導波材１０と互いに結合関係にある表面プラズモンマイクロリング共振器２０とを備え、直導波材１０により光信号を伝搬させ、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されており、表面プラズモンデバイスに比べて、直導波材１０により光信号を伝送させることで、光信号の伝送損失を大幅に下げ、表面プラズモンマイクロリング共振器２０により、光信号をより小さいスケール下に限定して伝搬させることができるので、マイクロリング共振器のサイズを小さくする。なお、シリコンベースの共振器に比べて、本発明の実施形態における技術案は、デバイスのサイズを小さくするとともに、損失をわずかに減少させることで、マイクロリング変調器の変調帯域幅を向上させるため、上記技術案により、光信号に対する損失が小さく、変調帯域幅が大きく、且つデバイスのサイズが小さい変調器を実現することができる。
上述の技術案において、表面プラズモンデバイスに比べて、直導波材１０により光信号を伝送させることで、光信号の通過損失を大幅に下げるが、以下に、直導波材１０の製造方法を具体的に説明する。
図１１は本発明の実施形態により提供される直導波材の製造方法のフローチャートである。図２は本発明の実施形態により提供される直導波材の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。図２０において、図（１ｂ）は図（１ａ）の左側面図である。図（２ｂ）は図（２ａ）の左側面図である。図（３ｂ）は図（３ａ）の左側面図である。図（４ｂ）は図（４ａ）の左側面図である。図１１を参照し、該直導波材の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ１１０１において、基板を提供する。
図２０の図（１ａ）及び図（１ｂ）を参照し、基板１０１を提供する。一例として、基板１０１はシリコン材料であってもよい。
ステップ１１０２において、基板の表面に下部クラッド層を形成する。
図２０の図（２ａ）及び図（２ｂ）を参照し、基板１０１の表面に下部クラッド層１０２を形成する。下部クラッド層１０２は、熱酸化プロセスによって形成される二酸化ケイ素材料とすることが可能である。
ステップ１１０３において、下部クラッド層の基板から離れた側の表面に、第１導波層を形成し、第１導波層は、第１平面導波材と第１平面導波材の表面にあるリブ型導波材とを備える。
図２０の図（３ａ）及び図（３ｂ）を参照し、下部クラッド層１０２の基板１０１から離れた側の表面に、第１導波層１０３を形成し、第１導波層１０３は、第１平面導波材１０３１と第１平面導波材の表面にあるリブ型導波材１０３２とを備える。下部クラッド層１０２と第１導波層１０３とによって、絶縁体上シリコン構造を構成する。
第１導波層１０３は、第１平面導波材１０３１と第１平面導波材の表面にあるリブ型導波材１０３２とを備える。第１導波層１０３の形成工程は、下部クラッド層１０２の基板１０１から離れた側の表面にシリコン材料層を形成することと、シリコン材料層の下部クラッド層１０２から離れた側の表面に、エッチングプロセスにより、第１平面導波材１０３１と第１平面導波材の表面にあるリブ型導波材１０３２とを備える第１導波層１０３を形成することとを含む。例として、エッチングプロセスは、電子ビームリソグラフィ（ＥＢＬ）と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスを含むことができる。このうち、電子ビームリソグラフィにおいては、先ず、ネガティブフォトレジストを用いてリソグラフィマスクを形成するが、フォトレジストのスピンコート回転数が３０００ｒｐｍ前後であり、フォトレジストのプリベークの温度が９５℃前後である。ネガティブフォトレジストの露光及び現像プロセスにおいて、ベースドーズ露光が１１００μＣ／ｃｍ２前後で、現像液は２５％前後のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）溶液とし、その後脱イオン水及びイソプロパノールに浸して洗浄を完了させる。反応性イオンエッチングプロセスのエッチングガスとして、比率が約８：８であるＣ４Ｆ８とＳＦ６を使用する。エッチングとパッシベーションガスプロセスとのバランスをとるために、３．２ｎｍ／ｓ前後のエッチング速度とする。
ステップ１１０４において、第１導波層の下部クラッド層から離れた側の表面に上部クラッド層を形成し、上部クラッド層の第１導波層から離れた側の表面が平面である。
図２０の図（４ａ）及び図（４ｂ）を参照し、第１導波層１０３の下部クラッド層１０２から離れた側の表面に上部クラッド層１０４を形成し、上部クラッド層１０４の第１導波層１０３から離れた側の表面が平面である。上部クラッド層１０４は、二酸化ケイ素材料とすることが可能である。第１導波層１０３と上部クラッド層１０４とによって、絶縁体上シリコン構造を構成する。
上部クラッド層１０４の製造工程は、具体的には、第１導波層１０３の下部クラッド層１０２から離れた側の表面に、アニールプロセスにより二酸化ケイ素材料層を形成した後、エッチングプロセスにより二酸化ケイ素材料層に対して平坦化処理を行うことにより、第１導波層１０３から離れた側の表面が平面である上部クラッド層１０４を形成することを含む。
上記技術案において、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに結合関係にあり、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されている。以下では、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに垂直結合関係にある場合の表面プラズモンマイクロリング共振器２０の製造方法を具体的に説明する。
図１２は本発明の実施形態により提供される表面プラズモンマイクロリング共振器の製造方法のフローチャートである。図２１は本発明の実施形態により提供される表面プラズモンマイクロリング共振器の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。図２１の図（１ｂ）は図（１ａ）の断面図である。図（２ｂ）は、図（２ａ）におけるＡ－Ａ’方向の断面図である。図１２を参照し、直導波材と互いに垂直結合関係にある表面プラズモンマイクロリング共振器を製造する方法は、以下のステップを含む。
ステップ１２０１において、溝付き導電マイクロリングを形成し、溝付き導電マイクロリングは、内側から外側へ順に配置された導電内リングと、環状溝と、導電外リングとを備える。
図２１の図（１ａ）及び図（１ｂ）を参照し、上部クラッド層１０４の第１導波層１０３から離れた側の表面に溝付き導電マイクロリング２０１を形成し、溝付き導電マイクロリング２０１は、内側から外側へ順に配置された導電内リング２０１Ａと、環状溝２０１Ｂと、導電外リング２０１Ｃとを備える。具体的には、導電マイクロリング２０１は、金属マイクロリングとしてもよく、その金属として、金、銀及び銅のうちの１つ又は複数を選択することができる。その中で、金の化学的性質が最も安定しており、銀の表面プラズモン損失は最も低く、銅はＣＭＯＳプロセスに適合しており、本発明はその材料の選択を限定することなく、実際の応用需要に応じて選択することができる。上部クラッド層１０４のリブ型導波材１０３２を覆っている部分の厚さＬ２は、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合状態に影響を与える。上部クラッド層１０４のリブ型導波材１０３２を覆っている部分の厚さＬ２が小さいほど、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が小さくなり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が低くなる。上部クラッド層１０４のリブ型導波材１０３２を覆っている部分の厚さが大きいほど、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が大きくなり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が高くなる。
ステップ１２０２において、導電内リングの表面、環状溝の側壁及び底面、及び導電外リングの表面に第１誘電体層を形成し、導電内リングと導電外リングとは、第１誘電体層を貫通する導電ビアを介して第１電気信号に接続される。
図２１の図（２ａ）及び（２ｂ）を参照し、導電内リング２０１Ａの表面、環状溝２０１Ｂの側壁及び底面、及び導電外リング２０１Ｃの表面に第１誘電体層２０２を形成し、導電内リング２０１Ａと導電外リング２０１Ｃとは、第１誘電体層２０２を貫通する導電ビア２０Ａを介して第１電気信号に接続される。第１誘電体層２０２として、例えば、二酸化ケイ素、二酸化ハフニウム（ＨＦＯ２）とすることができる。第１誘電体層２０２の厚さは、５ナノメートル以上且つ１５ナノメートル以下とすることができる。この範囲とすることで、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の変調効率を十分な変調帯域幅を考慮しつつ、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の十分な変調帯域幅を保証することができる。
ステップ１２０３において、環状溝内にある第１誘電体層の環状溝から離れた側の表面に第１表面プラズモン活性層を形成し、第１表面プラズモン活性層は第２電気信号に接続されるように構成され、第１表面プラズモン活性層と第１誘電体層との界面は、光信号を変調する表面プラズモンを生成させるように構成されている。
引き続き図２０の図（２ａ）及び図（２ｂ）を参照し、環状溝２０１Ｂ内にある第１誘電体層２０２の環状溝２０１Ｂから離れた側の表面に第１表面プラズモン活性層２０３を形成し、第１表面プラズモン活性層２０３は第２電気信号に接続されるように構成され、第１表面プラズモン活性層２０３と第１誘電体層２０２との接触面は、光信号を変調する表面プラズモンを生成させるように構成されている。
第１表面プラズモン活性層２０３は、電気信号の作用によりプラズモンを生成させることができ、具体例としては誘電率の値が０に近い材料とすることができる。光信号が共振状態にあるとき、第１表面プラズモン活性層２０３と第１誘電体層２０２との界面で伝搬することができ、伝搬の媒体は表面プラズモンである。また、第１表面プラズモン活性層２０３は、比較的良好なイオン波長分散作用を有し、すなわち、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、電気信号の作用により、第１表面プラズモン活性層２０３によりキャリアを生成し、第１表面プラズモン活性層２０３と第１誘電体層２０２との界面における実効屈折率を変化させて光信号の強度を変調することができる。よく使われる誘電率の値が０に近い材料として、透明導電酸化物薄膜（ＴＣＯ）とすることができる。このような薄膜は、バンドギャップが大きい、可視スペクトル領域の光透過率が高い、抵抗率が低い等共通の光電特性を有する。透明導電酸化物薄膜の例としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）薄膜、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）薄膜、酸化カドミウム（ＣｄＯ）薄膜などとすることができる。
あるいは、図２１を参照し、表面プラズモンマイクロリング共振器２０内に複数のパッド２０Ｂを形成し、各導電ビア２０Ａに１つのパッド２０Ｂを対応して設けて、第１表面プラズモン活性層２０３上にパッド２０Ｂを形成して、導電ビア２０Ａと第１表面プラズモン活性層２０３はパッド２０Ｂを介して対応する電気信号を取得するようにしてもよい。図２１の図（２ａ）には、パッド２０Ｂ及び導電ビア２０Ａは示されていない。
あるいは、導電内リング２０１Ａと導電外リング２０１Ｃとが第１誘電体層２０２を貫通する導電ビア２０Ａを介して接続する第１電気信号を、電源の正極信号とし、第１表面プラズモン活性層２０３が接続する第２電気信号を、電源の負極信号として、第１電気信号と第２電気信号との差の値を制御することにより、第１表面プラズモン活性層２０３のキャリア濃度を変化させ、第１表面プラズモン活性層２０３と第１誘電体層２０２との界面における実効屈折率を変化させることで、光信号に対する強度変調を実現することができる。
上記技術案において、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに結合関係にあり、表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されている。以下では、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０とが互いに水平結合関係にある場合の表面プラズモンマイクロリング共振器２０の製造方法を具体的に説明する。
図１３は本発明の実施形態により提供される別の表面プラズモンマイクロリング共振器の製造方法のフローチャートである。図２２は本発明の実施形態により提供される別の表面プラズモンマイクロリング共振器の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。図２２の図（１ｂ）は図（１ａ）のＢ－Ｂ’方向の断面図である。図（２ｂ）は図（２ａ）のＢ－Ｂ’方向の断面図である。図（３ｂ）は図（３ａ）のＢ－Ｂ’方向の断面図である。
図１３を参照し、直導波材と互いに水平結合関係にある表面プラズモンマイクロリング共振器を製造する方法は、以下のステップを含む。
ステップ１２０４において、第２導波層を形成し、第２導波層は、第２水平導波材と、第２水平導波材の表面にあるマイクロリング導波材とを備え、マイクロリング導波材には溝が設けられており、溝の底面は第２水平導波材の表面の一部を露出させる。
図２２の図（１ａ）及び図（１ｂ）を参照し、第２導波層２１０を形成し、第２導波層２１０は、第２水平導波材２１０Ａと、第２水平導波材２１０Ａの表面にあるマイクロリング導波材２１０Ｂとを備え、マイクロリング導波材２１０Ｂには溝２１３が設けられており、溝２１３の底面は第２水平導波材２１０Ａの表面の一部を露出させる。なお、第２導波層２１０と第１導波層１０３とは同一のプロセス方法を用いて同一の層に製造されるので、マイクロリング導波材２１０Ｂとリブ型導波材１０３２との間隔の既定距離Ｌ１を設定することにより、直導波材と互いに水平結合関係にある表面プラズモンマイクロリング共振器を製造する。第２導波層２１０はシリコン材料であり、直導波材１０内の第１導波層１０３とが同一層であり、マイクロリング導波材２１０Ｂはリブ型導波材１０３２と既定距離Ｌ１だけ離れており、該既定距離Ｌ１は結合状態に影響する。既定距離Ｌ１が小さいほど、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が大きくなり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が高くなる。既定距離Ｌ１が小さいほど、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が小さくなり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が低くなる。
ステップ１２０５において、第２導波層の表面に第２誘電体層を形成し、マイクロリング導波材の周囲に位置する第２水平導波材は、第２誘電体層を貫通する導電ビアを介して第３電気信号に接続される。
図２２の（２ａ）及び図（２ｂ）を参照し、第２導波層２１１の表面に第２誘電体層２１１を形成し、マイクロリング導波材２１０Ｂの周囲に位置する第２水平導波材２１０Ａは、第２誘電体層２１１を貫通する導電ビアを介して第３電気信号に接続される。第２誘電体層２１１として、例えば、二酸化ケイ素、二酸化ハフニウム（ＨＦＯ２）とすることができる。第２誘電体層２１１の厚さの範囲は、５ナノメートル以上、又は１５ナノメートル以下とすることができる。この範囲とすることで、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の変調効率を十分な変調帯域幅を考慮しつつ、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の十分な変調帯域幅を保証することができる。導電ビアは、図７及び図８には示されていない。
ステップ１２０６において、マイクロリング導波材上の第２誘電体層の、マイクロリング導波材から離れた側の表面に第２表面プラズモン活性層を形成し、第２表面プラズモン活性層は第４電気信号に接続されるように構成され、第２活性層と第２誘電体層との界面は、光信号を変調する表面プラズモンを生成させるように構成されている。
図２２の図（３ａ）及び図（３ｂ）を参照し、マイクロリング導波材２１０Ｂ上の第２誘電体層２１１の、マイクロリング導波材２１０Ｂから離れた側の表面に第２表面プラズモン活性層２１２を形成し、第２表面プラズモン活性層２１２は第４電気信号に接続されるように構成され、第２表面プラズモン活性層２１２と第２誘電体層２１２との接触面は、光信号を変調する表面プラズモンを生成させるように構成されている。第２表面プラズモン活性層２１２は、電気信号の作用によりプラズモンを生成させることができ、具体例としては誘電率の値が０に近い材料とすることができる。光信号が共振状態にあるとき、第２表面プラズモン活性層２１２と第２誘電体層２１１との界面で伝搬することができ、伝搬の媒体は表面プラズモンである。また、第２表面プラズモン活性層２１２は、比較的良好なイオン波長分散作用を有し、すなわち、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、電気信号の作用により、第２表面プラズモン活性層２１２によりキャリアを生成し、第２表面プラズモン活性層２１２と第２誘電体層２１１との界面における実効屈折率を変化させて光信号の強度を変調することができる。
図９に示すように、表面プラズモンマイクロリング共振器２０内に複数のパッド２０Ｂを形成し、各導電ビアに１つのパッド２０Ｂを対応して設けて、導電ビアはパッド２０Ｂを介して対応する電気信号を取得する。マイクロリング導波材２１０Ｂの周囲に位置する第２水平導波材２１０Ａ、第２誘電体層２１１を貫通する導電ビアが２つあり、表面プラズモン共振器２０に対して対称に配置されているため、それに対応するパッド２０Ｂも表面プラズモン共振器２０に対して対称に配置されている。あるいは、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、第２の表面プラズモン活性層２１２の上に部分的に配置された第２の表面プラズモン活性層２１２と同じ材料の活性接続層２０Ｃをさらに含む。第２表面プラズモン活性層２１２は、活性接続層２０Ｃ上のパッド２０Ｂを介して第４電気信号に接続される。これにより、マイクロリング導波材２１０Ｂ上にある第２表面プラズモン活性層２１２とパッド２０Ｂとの直接電気的接続により、表面の第２表面プラズモン活性層２１２に損傷を与え、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率に影響するのを回避する。
あるいは、第３電気信号を、電源の正極信号とし、第４電気信号を、電源の負極信号として、第３電気信号と第４電気信号との差の値を制御することにより、第２表面プラズモン活性層２１２のキャリア濃度を変化させ、第２表面プラズモン活性層２１２と第２誘電体層２１１との界面における実効屈折率を変化させることで、光信号に対する強度変調を行うことができる。
導電ビアとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗を低減させるために、本発明の実施形態において、ステップ１２０５において第２導波層の表面に第２誘電体を形成する前に、第２水平導波材２１０Ａ及びマイクロリング導波材２１０Ｂの第２誘電体層２１１に近い表面にＮ型ドープ領域又はＰ型ドープ領域を形成する。
具体的には、第２水平導波材２１０Ａ及びマイクロリング導波材２１０Ｂの第２誘電体層２１１に近い表面にＮ型ドープ領域又はＰ型ドープ領域を設けることで、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗を低減させ、さらには表面プラズモン共振器２０の直列抵抗を低減させる。また、イオンのドーピング濃度を制御することにより、導電ビアとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗の大きさを制御してもよい。イオンのドーピング濃度が高いほど、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗が小さくなり、イオンのドーピング濃度が小さいほど、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗が小さくなる。一例として、ドーピング濃度は、一般に１０１９ｃｍ－３～１０２０ｃｍ－３であり、ドープ層の厚さは、一般に３０～７０ｎｍである。この濃度範囲内では、Ｎ型高濃度ドープ領域又はＰ型高濃度ドープ領域が形成されるため、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗をさらに低減させる。一例として、第２水平導波材２１０Ａ及びマイクロリング導波材２１０Ｂの第２誘電体層２１１に近い表面にＮ型高濃度ドープ領域が形成され、ドーパントはボロンであり、ドーピング濃度は１×１０２０ｃｍ－３であり、ドーズ量が１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２前後であり、エネルギーは２５ｋｅＶ前後であり、直列抵抗が７００Ω／ｃｍ２前後に下げられ、ドープ層の厚さは４０ｎｍ前後である。
当業者であれば、上記で開示された方法のすべて又はいくつかのステップ、システム、機器内の機能モジュール／ユニットは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、及びそれらの適切な組み合わせとして実施できることを理解できるであろう。
ハードウェアによる実施形態では、上記説明で言及された機能モジュール／ユニット間の区分は、物理的組立体の区分に必ずしも対応しているとは限らず、例えば、一つの物理的組立体は複数の機能を有することができ、又は、一つの機能又はステップはいくつかの物理的組立体によって協働して実行されることができる。いくつかの物理的組立体又はすべての物理的組立体は、中央処理装置、デジタルシグナルプロセッサ又はマイクロプロセッサのようなプロセッサによって実行されるソフトウェアとして、あるいはハードウェアとして、あるいは特定用途向け集積回路のような集積回路として実施することができる。そういったソフトウェアは、コンピュータ読み取り可能な媒体上に分散することができ、コンピュータ読み取り可能な媒体はコンピュータ記憶媒体（又は非一時的な媒体）及び通信媒体（又は一時的な媒体）を含むことができる。コンピュータ記憶媒体という用語は、情報（コンピュータ読み取り可能な指令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータ）を記憶するための任意の方法又は技術において実現される、揮発性及び不揮発性、取り外し可能及び取り外し不可能な媒体を含むことは、当業者にとって周知のことである。コンピュータ記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ又は他のメモリ技術、ＣＤ－ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）又は他の光ディスク記憶装置、磁気カートリッジ、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶装置、又は所望の情報を記憶するために使用することができ、コンピュータによってアクセスすることができる任意の他の媒体を含むが、これらに限定されない。さらに、通信媒体は通常、計算機読み取り可能な指令、データ構造、プログラムモジュール、又は搬送波又は他の伝送メカニズムのような変調データ信号中の他のデータを含み、任意の情報伝送媒体を含むことができることは、当業者にとって周知のことである。
以上、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明したが、それにより本発明の権利の範囲が限定されるわけではない。当業者によって、本発明の範囲及び本質から逸脱することなく行われたいかなる変更、均等物による置換及び改良も、本発明の権利の範囲内にあるものとする。
具体的には、第２導波層２１０はシリコン材料であり、直導波材１０内の第１導波層１０３とが同一層であり、マイクロリング導波材２１０Ｂはリブ型導波材１０３２と既定距離Ｌ１だけ離れており、該既定距離Ｌ１は結合状態に影響する。既定距離Ｌ１が小さいほど、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が大きくなり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が高くなる。既定距離Ｌ１が大きいほど、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が小さくなり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が低くなる。
図９は本発明の実施形態により提供される別のマイクロリング変調器の平面図である。図９に示すように、表面プラズモンマイクロリング共振器２０はさらに複数のパッド２０Ｂを備え、各導電ビアに１つのパッド２０Ｂが対応して設けられ、導電ビアはパッド２０Ｂを介して対応する電気信号を取得する。マイクロリング導波材２１０Ｂの周囲に位置する第２水平導波材２１０Ａに接続されて且つ第２誘電体層２１１を貫通する導電ビアが２つあり、表面プラズモン共振器２０に対して対称に配置されているため、それに対応するパッド２０Ｂも表面プラズモン共振器２０に対して対称に配置されている。あるいは、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、第２の表面プラズモン活性層２１２の上に部分的に配置された第２の表面プラズモン活性層２１２と同じ材料の活性接続層２０Ｃをさらに含む。第２表面プラズモン活性層２１２は、活性接続層２０Ｃ上のパッド２０Ｂを介して第４電気信号に接続される。これにより、マイクロリング導波材２１０Ｂ上にある第２表面プラズモン活性層２１２とパッド２０Ｂとの直接電気的接続により、表面の第２表面プラズモン活性層２１２に損傷を与え、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率に影響するのを回避する。なお、導電ビア及びパッドは、図７及び図８には示されていない。なお、導電ビアは図９には示されていない。あるいは、マイクロリング導波材２１０Ｂの周囲に位置するパッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂとの間隔を約５００ナノメートルとし、活性接続層２０Ｃ上のパッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂとの間隔を約５００ナノメートルとすることで、パッド２０Ｂの作製中に金属層をエッチングする際にマイクロリング導波材２１０Ｂへ損傷を与え、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率に影響するのを避ける。
具体的には、第２水平導波材２１０Ａ及びマイクロリング導波材２１０Ｂの第２誘電体層２１１に近い表面にＮ型ドープ領域又はＰ型ドープ領域を設けることで、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗を低減させ、さらには表面プラズモン共振器２０の直列抵抗を低減させる。また、イオンのドーピング濃度を制御することにより、導電ビアとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗の大きさを制御してもよい。イオンのドーピング濃度が高いほど、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗が小さくなり、イオンのドーピング濃度が小さいほど、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗が大きくなる。一例として、ドーピング濃度は、一般に１０１９ｃｍ－３～１０２０ｃｍ－３であり、ドープ層の厚さは、一般に３０～７０ｎｍである。この濃度範囲内では、Ｎ型高濃度ドープ領域又はＰ型高濃度ドープ領域が形成されるため、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗をさらに低減させる。
マイクロリング導波材２１０Ｂの幅Ｌ７が２００ナノメートル未満であれば、第２表面プラズモン活性層２１２の幅が狭すぎ、第２表面プラズモン活性層２１２により供給されるキャリアの濃度が低すぎるため、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の変調効率が低すぎる。マイクロリング導波材２１０Ｂの幅Ｌ７が４００ナノメートルを超えれば、第２表面プラズモン活性層２１２の幅が広すぎ、第２表面プラズモン活性層２１２によるキャリアの吸収が多すぎるため、表面プラズモンマイクロリング共振器２０の変調効率が低すぎる。
第１導波層１０３は、第１平面導波材１０３１と第１平面導波材の表面にあるリブ型導波材１０３２とを備える。第１導波層１０３の形成工程は、下部クラッド層１０２の基板１０１から離れた側の表面にシリコン材料層を形成することと、シリコン材料層の下部クラッド層１０２から離れた側の表面に、エッチングプロセスにより、第１平面導波材１０３１と第１平面導波材の表面にあるリブ型導波材１０３２とを備える第１導波層１０３を形成することとを含む。例として、エッチングプロセスは、電子ビームリソグラフィ（ＥＢＬ）と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスを含むことができる。このうち、電子ビームリソグラフィにおいては、先ず、ネガティブフォトレジストを用いてリソグラフィマスクを形成するが、フォトレジストのスピンコート回転数が３０００ｒｐｍ前後であり、フォトレジストのプリベークの温度が９５℃前後である。ネガティブフォトレジストの露光及び現像プロセスにおいて、露光ベースドーズが１１００μＣ／ｃｍ２前後で、現像液は２５％前後のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）溶液とし、その後脱イオン水及びイソプロパノールに浸して洗浄を完了させる。反応性イオンエッチングプロセスのエッチングガスとして、比率が約８：８であるＣ４Ｆ８とＳＦ６を使用する。エッチングとパッシベーションガスプロセスとのバランスをとるために、３．２ｎｍ／ｓ前後のエッチング速度とする。
図２２の図（１ａ）及び図（１ｂ）を参照し、第２導波層２１０を形成し、第２導波層２１０は、第２水平導波材２１０Ａと、第２水平導波材２１０Ａの表面にあるマイクロリング導波材２１０Ｂとを備え、マイクロリング導波材２１０Ｂには溝２１３が設けられており、溝２１３の底面は第２水平導波材２１０Ａの表面の一部を露出させる。なお、第２導波層２１０と第１導波層１０３とは同一のプロセス方法を用いて同一の層に製造されるので、マイクロリング導波材２１０Ｂとリブ型導波材１０３２との間隔の既定距離Ｌ１を設定することにより、直導波材と互いに水平結合関係にある表面プラズモンマイクロリング共振器を製造する。第２導波層２１０はシリコン材料であり、直導波材１０内の第１導波層１０３とが同一層であり、マイクロリング導波材２１０Ｂはリブ型導波材１０３２と既定距離Ｌ１だけ離れており、該既定距離Ｌ１は結合状態に影響する。既定距離Ｌ１が小さいほど、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が大きくなり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が高くなる。既定距離Ｌ１が大きいほど、表面プラズモンマイクロリング共振器２０と直導波材１０との結合強度が小さくなり、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率が低くなる。
図２２の図（３ａ）及び図（３ｂ）を参照し、マイクロリング導波材２１０Ｂ上の第２誘電体層２１１の、マイクロリング導波材２１０Ｂから離れた側の表面に第２表面プラズモン活性層２１２を形成し、第２表面プラズモン活性層２１２は第４電気信号に接続されるように構成され、第２表面プラズモン活性層２１２と第２誘電体層２１１との接触面は、光信号を変調する表面プラズモンを生成させるように構成されている。第２表面プラズモン活性層２１２は、電気信号の作用によりプラズモンを生成させることができ、具体例としては誘電率の値が０に近い材料とすることができる。光信号が共振状態にあるとき、第２表面プラズモン活性層２１２と第２誘電体層２１１との界面で伝搬することができ、伝搬の媒体は表面プラズモンである。また、第２表面プラズモン活性層２１２は、比較的良好なイオン波長分散作用を有し、すなわち、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、電気信号の作用により、第２表面プラズモン活性層２１２によりキャリアを生成し、第２表面プラズモン活性層２１２と第２誘電体層２１１との界面における実効屈折率を変化させて光信号の強度を変調することができる。
図９に示すように、表面プラズモンマイクロリング共振器２０内に複数のパッド２０Ｂを形成し、各導電ビアに１つのパッド２０Ｂを対応して設けて、導電ビアはパッド２０Ｂを介して対応する電気信号を取得する。マイクロリング導波材２１０Ｂの周囲に位置する第２水平導波材２１０Ａに接続されて且つ第２誘電体層２１１を貫通する導電ビアが２つあり、表面プラズモン共振器２０に対して対称に配置されているため、それに対応するパッド２０Ｂも表面プラズモン共振器２０に対して対称に配置されている。あるいは、表面プラズモンマイクロリング共振器２０は、第２の表面プラズモン活性層２１２の上に部分的に配置された第２の表面プラズモン活性層２１２と同じ材料の活性接続層２０Ｃをさらに含む。第２表面プラズモン活性層２１２は、活性接続層２０Ｃ上のパッド２０Ｂを介して第４電気信号に接続される。これにより、マイクロリング導波材２１０Ｂ上にある第２表面プラズモン活性層２１２とパッド２０Ｂとの直接電気的接続により、表面の第２表面プラズモン活性層２１２に損傷を与え、表面プラズモンマイクロリング共振器２０による光信号の変調効率に影響するのを回避する。
具体的には、第２水平導波材２１０Ａ及びマイクロリング導波材２１０Ｂの第２誘電体層２１１に近い表面にＮ型ドープ領域又はＰ型ドープ領域を設けることで、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗を低減させ、さらには表面プラズモン共振器２０の直列抵抗を低減させる。また、イオンのドーピング濃度を制御することにより、導電ビアとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗の大きさを制御してもよい。イオンのドーピング濃度が高いほど、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗が小さくなり、イオンのドーピング濃度が小さいほど、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗が大きくなる。一例として、ドーピング濃度は、一般に１０１９ｃｍ－３～１０２０ｃｍ－３であり、ドープ層の厚さは、一般に３０～７０ｎｍである。この濃度範囲内では、Ｎ型高濃度ドープ領域又はＰ型高濃度ドープ領域が形成されるため、パッド２０Ｂとマイクロリング導波材２１０Ｂの周囲の第２水平導波材２１０Ａとの間の接触抵抗をさらに低減させる。一例として、第２水平導波材２１０Ａ及びマイクロリング導波材２１０Ｂの第２誘電体層２１１に近い表面にＮ型高濃度ドープ領域が形成され、ドーパントはボロンであり、ドーピング濃度は１×１０２０ｃｍ－３であり、ドーズ量が１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２前後であり、エネルギーは２５ｋｅＶ前後であり、直列抵抗が７００Ω／ｃｍ２前後に下げられ、ドープ層の厚さは４０ｎｍ前後である。

Claims (17)

  1. マイクロリング変調器であって、
    少なくとも１つの直導波材と、前記直導波材と互いに結合関係にある少なくとも１つの表面プラズモンマイクロリング共振器とを備え、
    前記直導波材は、光信号を伝送するように構成されており、
    前記表面プラズモンマイクロリング共振器は、前記表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されている
    ことを特徴とするマイクロリング変調器。
  2. 前記直導波材は、基板と、
    前記基板の表面にある下部クラッド層と、
    前記下部クラッド層の前記基板から離れた側の表面にある第１導波層であって、第１平面導波材と前記第１平面導波材の表面にあるリブ型導波材とを備える第１導波層と、
    前記第１導波層の前記下部クラッド層から離れた側の表面にある上部クラッド層であって、前記第１導波層から離れた側の表面が平面である上部クラッド層と、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロリング変調器。
  3. 前記表面プラズモンマイクロリング共振器と前記直導波材とが互いに垂直結合関係にあり、前記表面プラズモンマイクロリング共振器は、溝付き導電マイクロリングと、第１誘電体層と、第１表面プラズモン活性層とを備え、
    前記溝付き導電マイクロリングは、内側から外側へ順に配置された導電内リングと、環状溝と、導電外リングとを備え、
    第１誘電体層は、前記導電内リングの表面、前記環状溝の側壁及び底面、及び前記導電外リングの表面にあり、前記導電内リングと前記導電外リングとは、前記第１誘電体層を貫通する導電ビアを介して第１電気信号に接続され、
    第１表面プラズモン活性層は、前記環状溝内にある前記第１誘電体層の前記環状溝から離れた側の表面にあり、第２電気信号に接続されるように構成され、前記第１表面プラズモン活性層と前記第１誘電体層との接触面は、前記光信号を変調する表面プラズモンを生成させるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロリング変調器。
  4. 前記表面プラズモンマイクロリング共振器と前記直導波材とが互いに水平結合関係にあり、前記表面プラズモンマイクロリング共振器は、第２導波層と、第２誘電体層と第２活性層とを備え、
    前記第２導波層は、第２水平導波材と、前記第２水平導波材の表面にあるマイクロリング導波材とを備え、前記マイクロリング導波材には溝が設けられており、前記溝の底面は前記第２水平導波材の表面の一部を露出させており、
    第２誘電体層は前記第２導波層の表面にあり、前記マイクロリング導波材の周囲に位置する前記第２水平導波材は、前記第２誘電体層を貫通する導電ビアを介して第３電気信号に接続され、
    第２表面プラズモン活性層は、前記マイクロリング導波材上の前記第２誘電体層の前記マイクロリング導波材から離れた側の表面にあり、前記第２活性層は第４電気信号に接続されるように構成され、前記第２表面プラズモン活性層と前記第２誘電体層との接触面は、前記光信号を変調する表面プラズモンを生成させるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロリング変調器。
  5. 前記第２水平導波材及び前記マイクロリング導波材の前記第２誘電体層に近い表面にはＮ型ドープ領域又はＰ型ドープ領域が設けられている
    ことを特徴とする請求項４に記載のマイクロリング変調器。
  6. 前記上部クラッド層の前記リブ型導波材を覆っている部分の厚さは、５０ナノメートル以上、且つ７０ナノメートル以下である
    ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロリング変調器の製造方法。
  7. 前記導電内リングの直径は１．８マイクロメートル以上、且つ２．４マイクロメートル以下であり、且つ／又は、
    前記導電外リングの直径は２．８マイクロメートル以上、且つ３．２マイクロメートル以下であり、且つ／又は、
    前記環状溝の幅は８０ナノメートル以上、且つ１００ナノメートル以下である
    ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロリング変調器の製造方法。
  8. 前記マイクロリング導波材の外径は１０マイクロメートル以上、且つ１２マイクロメートル以下であり、且つ／又は、
    前記マイクロリング導波材の幅は２００ナノメートル以上、且つ４００ナノメートル以下である
    ことを特徴とする請求項４に記載のマイクロリング変調器の製造方法。
  9. マイクロリング変調器の製造方法であって、
    光信号を伝送するように構成された少なくとも１つの直導波材を製造するステップと、
    前記直導波材と互いに結合関係にある少なくとも１つの表面プラズモンマイクロリング共振器を製造するステップであって、前記表面プラズモンマイクロリング共振器は、前記表面プラズモンマイクロリング共振器に対応する波長の光信号の強度を変調するように構成されているステップと、
    を含むことを特徴とするマイクロリング変調器の製造方法。
  10. 直導波材を製造するステップは、基板を提供するステップと、
    前記基板の表面に下部クラッド層を形成するステップと、
    前記下部クラッド層の前記基板から離れた側の表面に第１導波層を形成するステップであって、前記第１導波層は、第１平面導波材と前記第１平面導波材の表面にあるリブ型導波材とを備えるステップと、
    前記第１導波層の前記下部クラッド層から離れた側の表面に上部クラッド層を形成するステップであって、前記上部クラッド層の前記第１導波層から離れた側の表面が平面であるステップと、
    を含むことを特徴とする請求項９に記載のマイクロリング変調器の製造方法。
  11. 前記直導波材と互いに垂直結合関係にある表面プラズモンマイクロリング共振器を製造するステップは、
    溝付き導電マイクロリングを形成するステップであって、前記溝付き導電マイクロリングは、内側から外側へ順に配置された導電内リングと、環状溝と、導電外リングとを備えるステップと、
    前記導電内リングの表面、前記環状溝の側壁及び底面、及び前記導電外リングの表面に第１誘電体層を形成するステップであって、前記導電内リングと前記導電外リングとは、前記第１誘電体層を貫通する導電ビアを介して第１電気信号に接続されるステップと、
    前記環状溝内にある前記第１誘電体層の前記環状溝から離れた側の表面に第１表面プラズモン活性層を形成するステップであって、前記第１表面プラズモン活性層は第２電気信号に接続されるように構成され、前記第１表面プラズモン活性層と前記第１誘電体層との接触面は、前記光信号を変調する表面プラズモンを生成させるように構成されているステップと、
    を含むことを特徴とする請求項９に記載のマイクロリング変調器の製造方法。
  12. 前記直導波材と互いに水平結合関係にある表面プラズモンマイクロリング共振器を製造するステップは、
    第２導波層を形成するステップであって、前記第２導波層は、第２水平導波材と、前記第２水平導波材の表面にあるマイクロリング導波材とを備え、前記マイクロリング導波材には溝が設けられており、前記溝の底面は前記第２水平導波材の表面の一部を露出させるステップと、
    前記第２導波層の表面に第２誘電体層を形成するステップであって、前記マイクロリング導波材の周囲に位置する前記第２水平導波材は、前記第２誘電体層を貫通する導電ビアを介して第３電気信号に接続されるステップと、
    前記マイクロリング導波材上の前記第２誘電体層の、前記マイクロリング導波材から離れた側の表面に第２表面プラズモン活性層を形成するステップであって、前記第２表面プラズモン活性層は第４電気信号に接続されるように構成され、前記第２表面プラズモン活性層と前記第２誘電体層との接触面は、前記光信号を変調する表面プラズモンを生成させるように構成されているステップと、
    を含むことを特徴とする請求項９に記載のマイクロリング変調器の製造方法。
  13. 前記第２導波層の表面に第２誘電体層を形成するステップの前に、さらに、
    前記第２水平導波材及び前記マイクロリング導波材の前記第２誘電体層に近い表面にＮ型ドープ領域又はＰ型ドープ領域を形成するステップを含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロリング変調器の製造方法。
  14. 前記導電マイクロリングの材料は、金、銀及び銅のうちの１つ又は複数を含む
    ことを特徴とする請求項１１に記載のマイクロリング変調器の製造方法。
  15. 前記第１表面プラズモン活性層は、誘電率の値が０に近い材料を含む
    ことを特徴とする請求項１１に記載のマイクロリング変調器の製造方法。
  16. 前記第２表面プラズモン活性層は、誘電率の値が０に近い材料を含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロリング変調器の製造方法。
  17. 前記誘電率の値が０に近い材料は、透明導電酸化物薄膜を含む
    ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載のマイクロリング変調器の製造方法。
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