[發明專利]基于斯塔克效應的SOUP結構光電調制器及制作方法

有效

• 申請號: 201610124746.2
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105759468B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 張春福;韓根全;彭芮之;郝躍;張進城;馮倩
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

一種基于斯塔克效應的SOUP結構光電調制器及制作方法，主要解決現有光電調制器中紅外光易泄露，晶格失配和制作方法復雜的問題。光電調制器包括：襯底(1)、氧化下包絡基座上的硅SOUP結構波導(2)、吸收區(3)、左電極(4)和右電極(5)。制作方法包括：注氧隔離、刻蝕硅波導、刻蝕SOUP結構、刻蝕量子阱、低壓化學氣相沉積和淀積電極。本發明通過氧化下包絡基座上的硅SOUP結構以及晶格適配的量子阱和勢壘層使光的損耗減小，吸收譜波長范圍變大，同時，本發明通過低壓化學氣相沉積方法沉積薄膜使制備工藝簡單，可用于制備中紅外光電調制器。

技術領域

本發明屬于電子技術領域，更進一步涉及微電子器件技術領域中的一種基于斯塔克效應的氧化下包絡基座上的硅(Silicon on Oxide Undercladding Pedestal：SOUP)結構光電調制器及制作方法。本發明可用于控制光通信的光發射、傳輸、接受過程中光的強度。

背景技術

光電調制器是高速、短距離光通信的關鍵器件，也是最重要的集成光學器件之一。光調制器按照其調制原理來講，可分為電光、熱光、聲光、全光等，它們所依據的基本理論是各種不同形式的電光效應、聲光效應、磁光效應、Franz-Keldysh效應、斯塔克效應、載流子色散效應等。在整體光通信的光發射、傳輸、接收過程中，光調制器被用于控制光的強度，其作用是非常重要的。到目前為止，由III-V族半導體構成的薄量子阱結構，表現出了很強的斯塔克效應，使得調制器的光學路徑長度只有幾微米。然而，由III-V族半導體集成的光電調制器工作波長被限制在近紅外范圍。

硅是應用于電子產品的主要半導體，現在有越來越多的需要將這些組件與光電集成，用于電信和計算機互連。硅光調制器最近已經成功地被研制出來，Soref R.等人在“Mid-infrared photonics in silicon and germanium.”(Nature Photonics.2010)中公開發表了中紅外范圍的硅基光電子器件。該文章中硅光子器件大多基于絕緣體上硅(SOI)襯底。雖然SOI技術已經推進近紅外儀器(近紅外)集成光子學，但由于二氧化硅產生光的損耗已超出3.6μm，中紅外光易泄露到高折射率的硅襯底中，SOI技術在中紅外設備的應用中存在挑戰。

西安電子科技大學在其申請的專利“橫向IV族元素量子阱光電探測器及制備方法”(申請號：CN201510340409.2，公開號：CN105006500A)中公開了一種基于GeSn-SiGeSn多量子阱的光電探測器。該光電探測器涉及GeSn-SiGeSn多量子阱結構，該結構包括襯底、下電極、吸收區和上電極。該光電探測器通過SiGeSn單晶材料在外延過程中體積改變而在GeSn量子阱材料中產生橫向張應變，從而改變GeSn材料帶隙，提高了探測器的光譜響應范圍。但是，該光電探測器仍然存在的不足之處在于，應變量子阱由于材料間晶格失配，進而產生晶體缺陷——失配位錯，這些缺陷導致制備工藝需要復雜的高壓工藝條件，影響晶體的外延生長，最終會影響器件的整體光電性能。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的不足，利用斯塔克效應，提供一種氧化下包絡基座上的硅SOUP的晶格適配的光電調制器，以減小光的損耗，增大調制器的吸收譜波長范圍。

本發明的具體思路是：到目前為止，硅光調制器已經成功地被研制出來。但傳統工藝中根據斯塔克效應制備的硅光調制器還少有先例。在量子阱材料兩端加上電壓產生的斯塔克效應可以導致半導體能帶發生傾斜，電子-空穴對發生空間分離、波函數交疊量減少，并有利于材料發光峰吸收邊紅移，故斯塔克效應可增大調制器的吸收譜波長范圍。氧化下包絡基座上的硅SOUP結構，同現有的絕緣體上硅SOI結構相比，SiO2基座間存在空氣間隙，在硅波導與基座之間得到一個大的折射率之比可以有效防止引入的中紅外光泄露到硅襯底中。根據此原理，本發明依據斯塔克效應制備氧化下包絡基座上的硅SOUP結構光電調制器。