[發明專利]一種高速硅光調制器相移臂及其制備方法

有效

• 申請號: 202111429663.1
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114114722B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 余勝;曹權
• 申請（專利權）人: 烽火通信科技股份有限公司;武漢飛思靈微電子技術有限公司
• 主分類號: G02F1/025
• 分類號: G02F1/025
• 代理公司: 深圳市六加知識產權代理有限公司 44372
• 代理人: 許銓芬

本發明涉及光通信領域，提供了一種高速硅光調制器相移臂及其制備方法，高速硅光調制器相移臂包括：脊型波導；P型摻雜區和N型摻雜區分別位于所述脊型波導的兩側；P型摻雜區包括P型重摻區和P型輕摻區；所述P型重摻區位于所述脊型波導的邊界區域，所述P型輕摻區位于所述脊型波導的核心區域；N型摻雜區包括N型重摻區和N型輕摻區；所述N型重摻區位于所述脊型波導的邊界區域，所述N型輕摻區位于所述脊型波導的核心區域；本發明通過在脊型波導內光場相對較弱的邊界區域進行較高濃度的離子摻雜，在脊型波導內光場相對較強的核心區域進行較低濃度的離子摻雜，使得在提高硅光調制器帶寬的同時，不會引起光學損耗較大幅度的增加。

技術領域

本發明涉及光通信領域，尤其涉及一種高速硅光調制器相移臂及其制備方法。

背景技術

在光通信系統中，光發射單元是必不可少的部分，其中光調制器是電信號和光信號轉換的核心單元。目前，光調制器基于三大類功能材料，鈮酸鋰，ⅢⅤ族復合半導體，硅材料。從調制器性能上，特別是光電帶寬以及光學損耗等指標，鈮酸鋰和ⅢⅤ族復合半導體材料會明顯優于硅材料，但是由于硅材料更加適合大批量生產，功能集成化，以及后續的封裝的特點，硅光調制器的性能提升可以帶來更大經濟收益。

硅光調制器的核性光學部件是高速電光相移臂，其決定了硅光調制器的光學損耗，帶寬以及半波電壓。高速電光相移臂的主要工作原理是在脊型波導上形成PN結或PIN結，通過改變PN結或PIN結的反向偏壓，來改變波導區域的載流子濃度，從而改變硅波導的折射率，進而改變光經過光波導的光學相位。

硅光調制器基于的物理原理是載流子色散，也就是說通過控制硅半導體中的載流子濃度，來改變硅材料的折射率和光學損耗。硅光調制器基于的主要物理結構是PN結或PIN結，因此PN結或PIN結中的摻雜濃度就決定了硅光調制器的基本性能，通常來說PN結或PIN結的摻雜濃度越高，PN結或PIN結的響應會越塊，因為高的摻雜濃度可以降低PN結或PIN結的內部電阻，提高硅光調制器的帶寬，然而，提高PN結或PIN結的摻雜濃度會會引起更多的光學損耗，而光學損耗決定于摻雜濃度和光場強度的乘積；因此，需要新的方法和技術來消除或者緩解硅光調制器的帶寬和光損耗設計矛盾的問題。

鑒于此，克服現有技術所存在的缺陷是本技術領域亟待解決的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：

硅光調制器的基本性能主要取決于PN結或PIN結，通常來說PN結或PIN結的摻雜濃度越高，PN結或PIN結的響應會越塊，因為高的摻雜濃度可以降低PN結或PIN結的內部電阻，提高硅光調制器的帶寬；然而，由于光學損耗決定于摻雜濃度和光場強度的乘積，若在脊型波導內光場較強的區域提高PN結或PIN結的摻雜濃度，會引起光學損耗較大幅度的增加。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種高速硅光調制器相移臂，包括：脊型波導；P型摻雜區和N型摻雜區分別位于所述脊型波導的兩側；

P型摻雜區包括P型重摻區和P型輕摻區；所述P型重摻區位于所述脊型波導的邊界區域，所述P型輕摻區位于所述脊型波導的核心區域；

N型摻雜區包括N型重摻區和N型輕摻區；所述N型重摻區位于所述脊型波導的邊界區域，所述N型輕摻區位于所述脊型波導的核心區域。

優選地，所述P型重摻區包括第一P型重摻區、第二P型重摻區和第三P型重摻區；所述N型重摻區包括第一N型重摻區、第二N型重摻區和第三N型重摻區；

所述第一P型重摻區位于所述P型輕摻區遠離所述N型摻雜區的一側，所述第二P型重摻區和所述第三P型重摻區分別位于所述P型輕摻區的頂部和底部；

所述第一N型重摻區位于所述N型輕摻區遠離所述P型摻雜區的一側，所述第二N型重摻區和所述第三N型重摻區分別位于所述N型輕摻區的頂部和底部。