[發明專利]一種硅基電光調制器及其制備方法

在審

• 申請號: 202110264515.2
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113176675A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 孫佳琪;楊妍;歐祥鵬;唐波;李志華;王文武
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02B5/00
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本發明涉及一種硅基電光調制器及其制備方法，硅基電光調制器包括：襯底，其包括埋氧層和位于所述埋氧層上的脊形波導結構，所述脊形波導結構包括條形波導；絕緣層，位于所述脊形波導結構的上表面；表面等離子激元結構，位于所述條形波導上，在所述表面等離子激元結構的兩側分別具有第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電極位于所述絕緣層上的電極過孔中。本發明采用表面等離子激元結構，能夠有效增強場能量的性質，增加電光相互作用與調制能力，實現了調制器長度的降低，同時解決了長度尺寸與消光比之間的相互限制的矛盾，最終實現調制器的長度在30um以下，提高消光比在50dB以上。

技術領域

本發明涉及光電子集成技術領域，具體涉及一種硅基電光調制器及其制備方法。

背景技術

硅基電光調制器是光互聯、光通信系統中的重要部件之一，是完成電信號到光信號的轉換，實現高速信息在光電子集成芯片上傳輸和處理的前提，隨著芯片的集成度越來越高，硅基電光調制器也從分立部件逐漸走向集成化。傳統的硅基電光調制器長度較大，從工藝節點、芯片集成度和成本的角度不利于光電集成。

在現有技術中，常用的硅基電光調制器是載流子注入型MZI(馬赫-曾德爾干涉儀)調制器，其基本工作原理是通過正偏電壓，由P區與N區向I區注入少數載流子，最終實現MZI出口端兩列光相位相反，進行消光，從而利用電信號實現對光信號的調制。但是，載流子注入型MZI調制器存在以下兩個問題：一、調制器的長度受到焦耳熱的影響而難以進一步降低，影響光電集成化；二、長度與消光比存在相互制約的關系，因而難以獲得較大的消光比。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的主要目的在于提供一種硅基電光調制器及其制備方法，對現有硅基電光調制器的電學結構進行改進，設計了一種新型的硅基電光調制器，可以有效減少器件尺寸，提高光電集成度，同時，可以實現較大的消光比。

為了實現以上目的，本發明提供了以下技術方案。

根據本發明的一個方面，提供了一種硅基電光調制器，包括：

襯底，其包括埋氧層和位于埋氧層上的脊形波導結構，脊形波導結構包括條形波導；

絕緣層，位于脊形波導結構的上表面；

表面等離子激元結構，位于條形波導上，在表面等離子激元結構的兩側分別具有第一電極和第二電極，第一電極和第二電極位于絕緣層上的電極過孔中。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種硅基電光調制器的制備方法，包括以下步驟：

提供一襯底，襯底包括埋氧層和位于埋氧層上的頂層硅；

刻蝕頂層硅形成脊形波導結構，脊形波導結構包括條形波導；

在脊形波導結構的上表面形成絕緣層結構；

在條形波導上，形成表面等離子激元結構；

在絕緣層上形成電極過孔，在電極過孔內沉積金屬材料，形成第一電極和第二電極；其中，表面等離子激元結構位于第一電極與第二電極之間。

與現有技術相比，本發明達到了以下技術效果：

(1)本發明采用表面等離子激元結構，能夠有效增強表面電場場能量的性質，增加電光相互作用與調制能力，實現了調制器長度的降低，同時解決了長度尺寸與消光比之間的相互限制的矛盾，最終實現調制器的長度在30um以下，提高消光比在50dB以上；

(2)等離子激元結構包括金屬結構，在工作電壓下，利用金屬結構實現工作臂(載流子注入的區域)與非工作臂輸出相同振幅，相位相反的電磁場，從而實現最大的消光比；

(3)金屬具有良好的散熱性，良好的散熱效果可以消除溫度升高帶來的負面影響，實現更大劑量載流子的注入，增加調制效果，減少調制器長度。

附圖說明