[發明專利]MZ電光調制器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011102020.1
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112162446A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 周悅;畢大煒;吳龍生;武愛民
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G02F1/21
• 分類號: G02F1/21;G02F1/015
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種MZ電光調制器及其制備方法，MZ電光調制器包括從下至上的硅襯底、埋氧層、輻射加固層、硅層及氧化硅層；本發明將摻雜離子注入埋氧層中形成輻射加固層，以在輻射加固層中產生大量電子陷阱，從而可俘獲電子，以補償由于高能電離輻射所導致的Si/SiO₂界面和體氧化物中所累積的正電荷，以此可降低絕緣埋氧層中正電荷數量，從而在對MZ電光調制器施加偏置電壓之后，可以有效地減緩P型摻雜板被夾斷的速度，增加載流子濃度變化的時長，使得有效折射率可以持續改變，從而可增加MZ電光調制器的調制時長，使得MZ電光調制器可以在輻射環境中工作更長時間。

技術領域

本發明屬于半導體領域，涉及一種MZ電光調制器及其制備方法。

背景技術

硅基光電子技術是將微電子領域低成本、批量化、高集成度的大規模集成電路制造技術與光電子芯片的大帶寬、高速率和高抗干擾能力等優勢結合起來的一種新興技術。由于硅基光電子器件具有高集成度、重量小等特性，使得硅基光電子器件可應用在高能物理實驗、近核反應堆和高能粒子碰撞器等復雜環境中，然而工作在這些復雜環境中的硅基光電子器件，由于長期承受各種輻射粒子的作用，因此硅基光電子器件很容易受損或失效，且硅基光電子器件失效之后難以進行維修和更換。因此，硅基光電子器件在投入使用之前，須對硅基光電子器件進行抗輻射加固，以降低輻射粒子對硅基光電子器件的損傷，研究硅基光電子器件的抗輻射加固方法具有重要的科學意義。

其中，硅基電光調制器是硅光鏈路系統中不可或缺的器件，通過硅基電光調制器可將輸入的電信號加載到光信號上。目前，最為成熟的硅基電光調制器是利用等離子色散效應，將半導體中自由載流子濃度變化轉換為折射率的變化，導致載流子濃度變化區域的折射率發生變化，從而引起出射光的強度調制。馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder，MZ)電光調制器是當今集成光電子器件中最常見的光學調制器之一，其基于Mach-Zehnder干涉儀工作，利用入射光束在兩個臂中引入光程長度差，以在輸出端相對于彼此累積不同的相位差，從而利用相位差產生相長干涉或相消干涉，以通過相位調制，有效地在MZ中實現幅度調制。

但傳統的MZ電光調制器，由于在高能輻射下會產生電離損傷，在Si/SiO₂的界面處和體氧化物層中累積缺陷電荷和捕獲正電荷，在施加偏置電壓之后，由于正電荷的作用會使P型摻雜板產生溝道夾斷，載流子濃度變化逐漸減小直至停止變化，有效折射率也不再變化，即調制器失效。

因此，提供一種MZ電光調制器及其制備方法，以實現MZ電光調制器在輻射環境下的抗輻射加固實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種MZ電光調制器及其制備方法，用于解決現有技術中的MZ電光調制器在輻射環境下容易受損或失效的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種MZ電光調制器，所述MZ電光調制器包括從下至上的硅襯底、埋氧層、輻射加固層、硅層及氧化硅層；所述硅層中包括相位調制器，所述相位調制器包括第一導電類型摻雜區及第二導電類型摻雜區；所述氧化硅層中包括貫穿所述氧化硅層的電極，所述電極包括與所述第一導電類型摻雜區相接觸的第一電極及與所述第二導電類型摻雜區相接觸的第二電極。

可選地，所述輻射加固層中的摻雜離子包括硅離子或氮離子或氮氧離子中的一種。

可選地，所述第一導電類型摻雜區中包括第一凹槽，所述第二導電類型摻雜區中包括第二凹槽。

可選地，所述第一導電類型摻雜區包括摻雜濃度不同的第一導電類型摻雜一區、第一導電類型摻雜二區及第一導電類型摻雜三區，所述第二導電類型摻雜區包括摻雜濃度不同的第二導電類型摻雜一區、第二導電類型摻雜二區及第二導電類型摻雜三區。

可選地，所述相位調制器包括PN相位調制器或PIN相位調制器。

可選地，所述MZ電光調制器包括單個MZ電光調制器或級聯MZ電光調制器。