【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及一種硅基電光調制器結構實現(xiàn)方式，屬于光電材料與器件，具體為一種硅光調制器。
技術介紹
1、目前，全球通信行業(yè)寬帶用戶穩(wěn)定增長，通信技術也在不斷更新迭代，隨著全球寬帶需求不斷的提高，互聯(lián)網(wǎng)、云計算和數(shù)據(jù)中心等產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，對光纖通信提出了更高的要求。硅光解決方案因其高集成度、低功耗、小型封裝，大規(guī)模可生產(chǎn)性的強勁競爭優(yōu)勢，承載著業(yè)界的期望，例如基于硅光集成芯片的相干光收發(fā)機系統(tǒng)已經(jīng)開始大規(guī)模商用。
2、硅光調制器是實現(xiàn)硅基光電集成及其應用的核心器件之一，其基本功能是實現(xiàn)信息從電域向光域的轉換。由于硅材料具有中心對稱的結構，沒有泡克耳斯效應，克爾效應也非常微弱，因此近年來展示的大多數(shù)最成功的硅光調制器都是通過等離子體色散效應工作的，其原理在于利用自由載流子濃度的變化對材料折射率產(chǎn)生影響，進而改變材料的光學性能。以載流子耗盡型的硅基電光調制器為例，通過對脊波導摻雜構成pn結，隨后在外加反向偏壓下改變耗盡區(qū)的大小，從而改變載流子的濃度，實現(xiàn)對折射率的調制。
3、調制效率和插入損耗是衡量硅光調制器的兩個重要技術指標。因此，研制高調制效率且低插入損耗的硅光調制器是領域內研究的目標之一。對于載流子耗盡型的硅光調制器而言，調制效率的提升通常需要增加摻雜離子的濃度，而同時也會給光路帶來額外的插入損耗。由于只有脊波導內部的電致變化耗盡區(qū)有助于調制折射率，而整個波導摻雜區(qū)域都會導致光傳輸損耗，因此一些研究小組已經(jīng)考慮使用補償摻雜的方法來降低脊波導上側自由載流子的濃度，通常采用的做法是在垂直方向上增加多次離子摻雜
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是：現(xiàn)有技術中硅光調制器采用傳統(tǒng)補償摻雜方案時可能出現(xiàn)的工藝誤差增大以及工藝穩(wěn)定性的技術問題。本專利技術的目的是提出一種硅光調制器，在硅波導脊區(qū)上方沉積并刻蝕出一段氮化硅波導，上方氮化硅波導可以改變硅波導調制區(qū)中模式光斑的分布，使模式光場向波導中部的載流子耗盡區(qū)靠攏，最終可以在保證調制效率的前提下降低硅光調制器的損耗。
2、采取的具體技術方案如下：
3、一種硅光調制器，包括由下向上依次堆疊的硅襯底、絕緣氧化物層、硅波導調制區(qū)、氮化硅波導和覆蓋氧化物層，硅波導調制區(qū)沿第一方向依次包括n型重摻雜區(qū)、n型主摻雜區(qū)、p型主摻雜區(qū)和p型重摻雜區(qū)，氮化硅波導位于n型主摻雜區(qū)和p型主摻雜區(qū)的正上方，硅襯底上方為一層絕緣氧化硅，絕緣氧化硅上方為頂層硅，在頂層硅中刻蝕形成硅波導，硅波導調制區(qū)基于硅波導結構制作；所述硅波導上方沉積材料，并刻蝕出氮化硅波導。
4、本專利技術硅光調制器，當模式傳輸進入該硅光調制器時，在硅波導上方的一段氮化硅波導影響了硅波導調制區(qū)中傳輸模式的光場分布，使得硅波導中的光場向脊區(qū)中部的載流子耗盡區(qū)靠攏，從而降低了硅光調制器的損耗。
5、本專利技術硅光調制器，通過在傳統(tǒng)硅光調制器硅波導脊區(qū)上方沉積并刻蝕形成一段氮化硅波導，對硅光調制器中傳輸模式的光場分布進行調控，使得硅光調制器的損耗得到改善。與硅光調制器的傳統(tǒng)補償方案相比，此方案沒有引入額外的離子注入步驟，工藝可控性更高，并且減少了對準次數(shù)，降低了對準誤差。
6、本專利技術提出的一種硅光調制器可以在不影響調制效率的基礎上，顯著降低調制器的插入損耗。
7、本專利技術硅光調制器，通過設計氮化硅波導的材料參數(shù)來調整氮化硅波導對硅波導中傳輸模式的影響程度。具體為：本專利技術提出的硅光調制器方案中，上方氮化硅波導的折射率越大，對硅波導中傳輸光場的影響越大，硅光調制器的損耗越小。氮化硅波導折射率隨著材料中含氮量的增加先逐漸增大，后逐漸減小，折射率最大值可以到4，因此可以調整氮化硅材料中的含氮量來使得氮化硅折射率盡可能變大。
8、本專利技術提出的硅光調制器方案中，上方氮化硅波導的結構參數(shù)尤其是寬度需要設計成窄波導。原因如下，盡管上方氮化硅材料的折射率很高，但由于上方波導很窄，此結構在改變硅波導中模式光場的同時并不會使光場能量過多地跑到上方氮化硅波導中，從而使得調制器的調制效率保持基本不變。
9、對本專利技術技術方案的進一步優(yōu)選，氮化硅波導為條形波導。條形波導制作簡單且可以減少氮化硅波導對調制器其它區(qū)域的影響。
10、對本專利技術技術方案的進一步優(yōu)選，氮化硅波導的材料參數(shù)包括氮化硅材料的含氮量。氮化硅的折射率隨著材料中的含氮量先逐漸增大，后逐漸減小。氮化硅波導的折射率決定了其對硅波導調制區(qū)中光學模式的影響程度。當?shù)璨▽У膶挾纫欢〞r，氮化硅折射率越大，對硅波導中模式的影響越大，調制器的損耗越小。
11、對本專利技術技術方案的進一步優(yōu)選，氮化硅波導的設計參數(shù)包括氮化硅波導寬度、氮化硅波導高度、氮化硅波導中心與硅波導摻雜中心之間的距離。
12、對本專利技術技術方案的進一步優(yōu)選，氮化硅波導高度為100nm至300nm，氮化硅波導寬度為50nm至200nm。氮化硅波導應當為窄波導，窄氮化硅波導可以保證在影響硅波導中模式光場分布的同時避免過多影響調制器的調制效率。
13、對本專利技術技術方案的進一步優(yōu)選，硅波導為脊形波導。脊波導兩側平板區(qū)域通過重摻雜和金屬電極形成歐姆接觸，從而利用載流子色散效應對硅波導折射率進行調制。
14、對本專利技術技術方案的進一步優(yōu)選，硅波導的設計參數(shù)包括波導脊區(qū)寬度、脊區(qū)兩側平板高度和硅波導中心與摻雜中心位置之間的距離。
15、對本專利技術技術方案的進一步優(yōu)選，氮化硅波導位于硅波導的脊區(qū)中部上方。這使得硅波導中的模式光場受到氮化硅波導的影響后向波導中心位置聚攏。
16、對本專利技術技術方案的進一步優(yōu)選，硅波導調制區(qū)的材料為硅、氮化硅、氧化硅、三五族材料或鈮酸鋰。該方案不限于硅光調制器，可以推廣到其它材料的調制器中。
17、對本專利技術技術方案的進一步優(yōu)選，硅波導上方沉積材料包括氮化硅、硅、氧化硅或三五族材料。上方氮化硅波導可以使用其它折射率較大的材料進行代替。
18、本專利技術與現(xiàn)有技術相比具有的有益效果：
19、1、本專利技術提出的硅光調制器，通過在傳統(tǒng)硅光調制器硅波導脊區(qū)上方沉積并刻蝕形成一段氮化硅波導，調整了硅光調制器中傳輸模式的光場分布，使得硅光調制器的損耗得到改善。
20、2、本專利技術提出的硅光調制器，與硅光調制器的傳統(tǒng)補償方案相比，沒有引入額外的離子注入步驟，工藝可控性更高，并且減少了對準次數(shù)，降低了對準誤差。
21、3、本專利技術提出的硅光調制器，可以在不影響調制效率的基礎上，顯著降低調制器的插入損耗。
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1.一種硅光調制器，其特征在于，包括由下向上依次堆疊的硅襯底、絕緣氧化物層（3）、硅波導調制區(qū)（2）、氮化硅波導（6）和覆蓋氧化物層（1），所述硅波導調制區(qū)（2）沿第一方向依次包括n型重摻雜區(qū)（4）、n型主摻雜區(qū)（5）、p型主摻雜區(qū)（7）和p型重摻雜區(qū)（8），所述氮化硅波導（6）位于n型主摻雜區(qū)（5）和p型主摻雜區(qū)（7）的正上方，所述硅襯底上方為一層絕緣氧化硅，絕緣氧化硅上方為頂層硅，在頂層硅中刻蝕形成硅波導，硅波導調制區(qū)（2）基于硅波導結構制作；所述硅波導上方沉積材料，并刻蝕出氮化硅波導（6）。
2.根據(jù)權利要求1所述的硅光調制器，其特征在于，氮化硅波導（6）為條形波導。
3.根據(jù)權利要求1所述的硅光調制器，其特征在于，氮化硅波導（6）的材料參數(shù)包括氮化硅材料的含氮量。
4.根據(jù)權利要求1所述的硅光調制器，其特征在于，氮化硅波導（6）的結構參數(shù)包括氮化硅波導寬度、氮化硅波導高度、氮化硅波導中心與硅波導摻雜中心之間的距離。
5.根據(jù)權利要求4所述的硅光調制器，其特征在于，氮化硅波導高度為100nm至300nm，氮化硅波導寬度為50n
6.根據(jù)權利要求1所述的硅光調制器，其特征在于，所述硅波導為脊形波導。
7.根據(jù)權利要求6所述的硅光調制器，其特征在于，所述硅波導的設計參數(shù)包括波導脊區(qū)寬度、脊區(qū)兩側平板高度和硅波導中心與摻雜中心位置之間的距離。
8.根據(jù)權利要求7所述的硅光調制器，其特征在于，所述氮化硅波導（6）位于硅波導脊區(qū)上方。
9.根據(jù)權利要求1所述的硅光調制器，其特征在于，硅波導調制區(qū)（2）的材料為硅、氮化硅、氧化硅、三五族材料或鈮酸鋰。
10.根據(jù)權利要求1所述的硅光調制器，其特征在于，硅波導上方沉積材料包括氮化硅、硅、氧化硅或三五族材料。
...【技術特征摘要】
1.一種硅光調制器，其特征在于，包括由下向上依次堆疊的硅襯底、絕緣氧化物層（3）、硅波導調制區(qū)（2）、氮化硅波導（6）和覆蓋氧化物層（1），所述硅波導調制區(qū)（2）沿第一方向依次包括n型重摻雜區(qū)（4）、n型主摻雜區(qū)（5）、p型主摻雜區(qū)（7）和p型重摻雜區(qū)（8），所述氮化硅波導（6）位于n型主摻雜區(qū)（5）和p型主摻雜區(qū)（7）的正上方，所述硅襯底上方為一層絕緣氧化硅，絕緣氧化硅上方為頂層硅，在頂層硅中刻蝕形成硅波導，硅波導調制區(qū)（2）基于硅波導結構制作；所述硅波導上方沉積材料，并刻蝕出氮化硅波導（6）。
2.根據(jù)權利要求1所述的硅光調制器，其特征在于，氮化硅波導（6）為條形波導。
3.根據(jù)權利要求1所述的硅光調制器，其特征在于，氮化硅波導（6）的材料參數(shù)包括氮化硅材料的含氮量。
4.根據(jù)權利要求1所述的硅光調制器，其特征在于，氮化硅波導（6）的結構參數(shù)包括氮...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：史弘康，方舟，李磊，張曉波，陳澤，
申請(專利權)人：希烽光電科技南京有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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