石墨烯的低折射率差波導調制器及制備方法技術

一種石墨烯電吸收低折射率差波導調制器，包括：一襯底；一下包層，其制作在襯底上；一波導芯層，其制作在下包層上的中間部位，形成脊形結構；一ITO透明電極，其制作在波導芯層上及兩側，并覆蓋暴露的下包層的上表面；一下絕緣介質層，其制作在ITO下電極的表面，該脊形結構的一側，該絕緣介質層為斷開狀，形成一窗口；一單層石墨烯薄膜，其制作在下絕緣介質層上；一金屬電極，其制作在脊形結構一側，遠離窗口的另一側的單層石墨烯薄膜上，該金屬電極與脊形結構有一預定距離，該距離大于800nm；一上絕緣介質層，其制作在脊形結構上的單層石墨烯薄膜上；一高折射率氧化硅層，其制作在上絕緣介質層上。本發明專利技術具有體積小、調制帶寬寬、插入損耗小和制備工藝簡單的優點。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】一種石墨烯電吸收低折射率差波導調制器，包括：一襯底；一下包層，其制作在襯底上；一波導芯層，其制作在下包層上的中間部位，形成脊形結構；一ITO透明電極，其制作在波導芯層上及兩側，并覆蓋暴露的下包層的上表面；一下絕緣介質層，其制作在ITO下電極的表面，該脊形結構的一側，該絕緣介質層為斷開狀，形成一窗口；一單層石墨烯薄膜，其制作在下絕緣介質層上；一金屬電極，其制作在脊形結構一側，遠離窗口的另一側的單層石墨烯薄膜上，該金屬電極與脊形結構有一預定距離，該距離大于800nm；一上絕緣介質層，其制作在脊形結構上的單層石墨烯薄膜上；一高折射率氧化硅層，其制作在上絕緣介質層上。本專利技術具有體積小、調制帶寬寬、插入損耗小和制備工藝簡單的優點。【專利說明】
本專利技術屬于半導體
，特別是一種。
技術介紹
光纖通信技術是現代通信的主要形式，有著高速，低損，寬頻，可靠性高等特性。光調制器在光纖通信中對光信號的調制起著至關重要的作用，光調制技術的作用是將比特信號加載到光波上，通過連續的開關作用產生受調制的光脈沖，它是通過電壓或電場的變化來調控輸出光的吸收率、折射率、相位或振幅的器件。它依據各種不同形式的電光、聲光、磁光效應、量子阱Stark效應和載流子色散效應等，調控光發射機發出的光信號的振幅和狀態，再進入光纖進行傳播。按其調制機理可以分為電光調制，聲光調制，磁光調制和電吸收調制。在未來的光通信中集成化，高速化，小型化的光調制器是必不可少的。目前，傳統的硅基電吸收調制器由于較弱的電光特性尺寸較大；鍺與其他化合物半導體調制器難于硅基集成；它們的調制光譜范圍通常比較窄。石墨烯是一種單層蜂窩晶體點陣上的碳原子組成的二維晶體，由于其零帶隙可以吸收很寬頻率范圍的光，加之其高遷移率等特性，在光調制器上可以充分發揮其優勢。單層石墨厚度只有約0.335nm，對光的吸收有限，波導結構可以通過增加波導長度來增加光吸收，是增強光吸收的有效裝置之一，因此結合兩者可以得到低插入損耗，高消光比的硅基集成電吸收調制器。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供了一種石墨烯吸收的氧化硅低折射率差波導調制器及制備方法，具有電光調制器體積小、調制帶寬寬、插入損耗小，微米量級尺寸波導制備工藝相比于硅納米波導要簡單，可以得到更大的消光比等優點。為了達到上述目的，本專利技術提供一種石墨烯電吸收低折射率差波導調制器，包括:一襯底；一下包層，其制作在襯底上；一波導芯層，其制作在下包層上的中間部位，形成脊形結構；一 ITO透明電極，其制作在波導芯層上及兩側，并覆蓋暴露的下包層的上表面；一下絕緣介質層，其制作在ITO下電極的表面，該脊形結構的一側，該絕緣介質層為斷開狀，形成一窗口 ；—單層石墨烯薄膜,其制作在下絕緣介質層上；一金屬電極，其制作在脊形結構一側，遠離窗口的另一側的單層石墨烯薄膜上，該金屬電極與脊形結構有一預定距離，該距離大于SOOnm:一上絕緣介質層，其制作在脊形結構上的單層石墨烯薄膜上；一高折射率氧化硅層，其制作在上絕緣介質層上。本專利技術還提供一種石墨烯電吸收低折射率差波導調制器的制備方法，包括如下步驟:步驟1:在一襯底上，生長一下包層；步驟2:在下包層上，生長一波導芯層；步驟3:采用刻蝕的方法，去掉波導芯層兩側的部分，形成脊形結構；步驟4:在波導芯層上及兩側生長一 ITO透明電極，該ITO透明電極并覆蓋暴露的下包層的上表面；步驟5:在ITO下電極的表面，生長一下絕緣介質層；步驟6:采用刻蝕的方法，在脊形結構的一側刻蝕絕下緣介質層，形成窗口 ；步驟7:在下絕緣介質層上，轉移一單層石墨烯薄膜；步驟8:在單層石墨烯薄膜上，遠離窗口的另一側生長一金屬電極，該金屬電極與脊形結構有一預定距離，該距離大于800nm ；步驟9:在脊形結構上的單層石墨烯薄膜上，生長一上絕緣介質層；步驟10:在上絕緣介質層生長一高折射率氧化硅層，完成制備。從技術方案可以看出，本專利技術具有以下有益效果:1、本專利技術提供的這種石墨烯電吸收低折射率差波導調制器，相比于傳統鈮酸鋰材料的光調制器，可以達到更小的尺寸，由于石墨烯從可見光到紅外光的寬譜光吸收，可以使該調制器的光譜設計自由度大大提高。3、本專利技術提供的這種石墨烯電吸收低折射率差波導調制器，將波導與石墨烯集成，光水平耦合到器件當中，低折射率差波導尺寸與光纖纖芯直徑尺寸相當，這使得器件有低的插入損耗，較大的測試對準容差；同時波導結構增加了石墨烯對光的吸收，有效提高調制深度。2、本專利技術提供的這種石墨烯電吸收低折射率差波導調制器，采用低折射率差的氧化硅波導，本專利技術中單模傳輸的芯層尺寸比硅波導大，制作工藝簡單，易于硅基集成。【專利附圖】【附圖說明】為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術進一步詳細說明，其中:圖1是依照本專利技術實施例的石墨烯電吸收低折射率差波導調制器的剖面示意圖；圖2是依照本專利技術實施例的石墨烯電吸收低折射率差波導調制器剖面光場分布圖；圖3是依照本專利技術實施例的制備石墨烯電吸收低折射率差波導調制器的方法流程圖。【具體實施方式】請參閱圖1所示，本專利技術提供一種石墨烯電吸收低折射率差波導調制器，包括:一襯底1，襯底I采用單晶硅，易于與其他硅基器件集成；—下包層2，其制作在襯底I上，所述下包層2的材料為低折射率的氧化硅，其折射率為1.445，厚度為15-20微米，下包層2用來阻止波導芯層的光場向襯底泄漏；一波導芯層3，其制作在下包層2上的中間部位，形成脊形結構，寬度為6微米；一 ITO透明電極4，其制作在波導芯層3上及兩側，并覆蓋暴露的下包層2的上表面，所述ITO透明電極4的材料為銦錫氧化物，其厚度滿足nd= (2m+l) λ，其中，n為折射率，d為厚度，m為整數常數，λ為入射光波長；一下絕緣介質層5，其制作在ITO下電極4的表面，該脊形結構的一側，該絕緣介質層5為斷開狀，形成一窗口 51，所述下絕緣介質層5的材料為六方氮化硼、Al2O3或Ta2O3,厚度為715nm，采用與石墨烯晶格結構相似的絕緣介質層，可以減小石墨烯中弓丨入的缺陷數量，保證石墨烯的完整性，采用介電常數大的絕緣介質材料，可以降低器件的調制電壓，降低功耗；—單層石墨烯薄膜6,其制作在絕緣介質層5上；一金屬電極7，其制作在脊形結構一側，遠離窗口 51的另一側的單層石墨烯薄膜6上，為防止金屬電極影響波導芯層中的光場模式，使該金屬電極7與脊形結構有一預定距離，該距離大于800nm,所述金屬電極7的材料為金屬Pd、Pt、T1、Cu或Al,或及其組合；一上絕緣介質層8，其制作在脊形結構上的單層石墨烯薄膜6上，所述上絕緣介質層8的材料為六方氮化硼、Al2O3或Ta2O3，厚度為7 — 15nm，采用與石墨烯晶格結構相似的絕緣介質層，可以減小石墨烯中引入的缺陷數量，保證石墨烯的完整性，采用介電常數大的絕緣介質材料，可以降低器件的調制電壓，降低功耗；—高折射率氧化硅層9，其制作在上絕緣介質層8上，寬度為6微米。其中所述波導芯層3和氧化硅層9的材料為高折射率氧化硅，其折射率為1.4558，波導芯層3和氧化硅層9的厚度之和為4微米。參閱圖2,顯不1550nm的單模光在圖1所不波導結構中傳輸時,光場分布的剖面不意圖。請參閱圖3所示，并結合參閱本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石墨烯電吸收低折射率差波導調制器，包括：一襯底；一下包層，其制作在襯底上；一波導芯層，其制作在下包層上的中間部位，形成脊形結構；一ITO透明電極，其制作在波導芯層上及兩側，并覆蓋暴露的下包層的上表面；一下絕緣介質層，其制作在ITO下電極的表面，該脊形結構的一側，該絕緣介質層為斷開狀，形成一窗口；一單層石墨烯薄膜，其制作在下絕緣介質層上；一金屬電極，其制作在脊形結構一側，遠離窗口的另一側的單層石墨烯薄膜上，該金屬電極與脊形結構有一預定距離，該距離大于800nm；一上絕緣介質層，其制作在脊形結構上的單層石墨烯薄膜上；一高折射率氧化硅層，其制作在上絕緣介質層上。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：尹偉紅，韓勤，楊曉紅，李彬，崔榮，呂倩倩，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：