[發明專利]頂注入電光調制結構

在審

• 申請號: 202210734456.5
• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN114911081A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 馮松;王迪;胡翔建;劉勇;陳夢林;馮露露
• 申請（專利權）人: 西安工程大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02B6/12
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 趙燕秋

本發明公開了頂注入電光調制結構，頂注入電光調制結構，包括SiO₂埋氧層，SiO₂埋氧層，SiO₂埋氧層上覆蓋兩個N++阱區、Si平板層，兩個N++阱區分居Si平板層兩側，Si平板層上中部覆蓋波導區，波導區上部覆蓋P++阱區，每個N++阱區上均連接陰極電極，N++阱區上覆蓋陰極電極以外的區域、陰極電極、P++阱區、Si平板層上覆蓋波導區以外的區域上均覆蓋SiO₂覆蓋層；通過在脊形頂部P型重摻雜，平板層N型重摻雜，從而形成頂注入新型p?i?n電光調制結構，提高載流子注入，增強等離子色散效應。

技術領域

本發明屬于硅基光子器件技術領域，具體涉及頂注入電光調制結構。

背景技術

近年來，隨著光電子工藝的進步，硅基調制器已進入了微納尺寸，硅基電光調制器能夠傳輸單模光波，具有速度高、損耗低及尺寸小的優點，并且與集成電路制作工藝相兼容，如今已經成為了硅基光電子器件的核心。

等離子色散效應是通過改變光波導中的自由載流子濃度，從而引起折射率和吸收系數的改變，硅基材料的等離子色散效應十分顯著，能夠實現高速的光波導調制，是目前硅基電光調制器的主要工作基礎；但是現有的基于等離子色散的硅基電光調制器，優化通過改變摻雜區域的結構，來減少載流子的吸收損耗，弊端會增加cmos兼容的挑戰。

發明內容

本發明的目的是提供頂注入電光調制結構，通過在脊形頂部P型重摻雜，平板層N型重摻雜，從而形成頂注入新型p-i-n電光調制結構，提高載流子注入，增強等離子色散效應。

本發明所采用的技術方案是，頂注入電光調制結構，包括SiO₂埋氧層，SiO₂埋氧層上覆蓋兩個N++阱區、Si平板層，兩個N++阱區分居Si平板層兩側，Si平板層上中部覆蓋波導區，波導區上部覆蓋P++阱區，P++阱區上連接陽極電極，每個N++阱區上均連接陰極電極，N++阱區上覆蓋陰極電極以外的區域、陽極電極、陰極電極、P++阱區、Si平板層上覆蓋波導區以外的區域上均覆蓋SiO₂覆蓋層。

本發明的特點還在于：

波導區材料為SiGe，波導寬度為420nm，波導區與P++阱區的高度和為130nm。

Si平板層高度90nm。

P++阱區的摻雜濃度為1×10²⁰cm^-3～5×10²⁰cm^-3，摻雜劑為B離子；P++阱區的高度為1～100nm，寬度為420nm。

N++阱區的摻雜濃度為1×10²⁰cm^-3～5×10²⁰cm^-3，摻雜劑為P離子；N++阱區的高度為90nm，寬度為1μm。

N++阱區與波導區邊界距離為1μm。

本發明有益效果是：

(1)本發明的頂注入電光調制器結構，將重摻雜的P++阱區設置在波導區頂部，N++阱區設置在平板層兩側，P++阱區和波導區材料形成的異質結調制器濃度明顯大于硅基調制器的載流子濃度，而且正向偏置電壓越大，二者之間的載流子濃度差值越大，提高了調制區中的載流子注入濃度，更加利于電光調制；

(2)本發明的頂注入電光調制器結構，只需要改變重摻雜區的區域，陽極電極在波導區頂部，重摻雜區到波導區的距離小，更小的電壓可以實現載流子的注入，不需要增加額外的工藝，易于實現，是一種理想的新型電光調制器；

(3)本發明的頂注入電光調制器結構，從調制器性能上看，調制器的20dB衰減所需的驅動電壓從1.24V降到0.99V，調制效率約為硅基調制器的1.25倍，提高載流子注入，增強等離子色散效應。

附圖說明