一种硅基电吸收调制器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种硅基电吸收调制器及其制备方法。该调制器基于电吸收的方式利用电压调节半导体的光吸收系数，从而实现光信号强度的调节。由于硅是一种弱电光材料，因此引入了在通信波段C波段有显著的电光吸收调节效应，同时与现CMOS工艺兼容相兼容的材料锗。通过外延生长调制层(200)，实现光束平滑地耦合进入和耦合出调制层(200)，不产生光束光场功率在调制层和波导层之间的震荡，消除器件插入损耗与调制层长度之间的依赖关系，同时通过调节调制层(200)中合金的组分可以实现不同的工作波长，调制效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基电吸收调制器及其制备方法
本专利技术涉及光互连领域，尤其涉及一种锗硅电吸收调制器。
技术介绍
随着集成电路的不断发展，集成密度不断提高，传统的电互连成为性能提高的主要瓶颈，主要表现在：时延增长、功耗升高和信号串扰增大等。由于光互连具有高速度、高带宽、低功耗等特点，以硅基光子器件为基础的片上光互连是有望解决传统电互连对集成电路发展限制的优选方案。其中，硅基电光调制器是硅基光互连的关键器件之一，也是近年来重要的研究课题。常见的硅基调制器主要有两种：基于自由载流子色散效应的调制器和基于电吸收的调制器。基于自由载流子色散效应的调制器是利用电压调节硅调制层中载流子浓度，载流子浓度变化来改变光在硅中的折射率，为了把折射率的改变转换成强度调制，一般有MZI(Mach-ZehnderInterferometer)和微环两种结构。前者具有较高的调制速率和较大的光学调制带宽等优点，但是存在尺寸大、功耗高、插入损耗较大、需要设计行波电极等缺点；后者具有尺寸小、功耗低和调制速率高等优点，缺点是工艺容差很小、对温度极其敏感、光学调制带宽极小。基于电吸收的调制器是指利用电压调节半导体的光吸收系数，从而实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基电吸收调制器，其特征在于，该调制器包括：SOI衬底(100)，该衬底由三部分叠加而成，由下至上分别为底部Si材料层(130)、二氧化硅填埋层(120)和顶层硅(110)；波导层(111)，由所述衬底(100)上的部分顶层硅(110)刻蚀而成，其上制备有掺杂区；二氧化硅窗口层(300)，覆盖在所述波导层(111)和掺杂区的部分表面，其中间区域开有外延窗口；调制层(200)，布置在所述外延窗口中，包括前三维光耦合器(210)、后三维光耦合器(220)、调制层i区(230)和调制层p型轻掺杂区(240)；绝缘介质层(400)，覆盖于所述二氧化硅窗口层(300)和调制层(200)之上；n电...

【技术特征摘要】
1.一种硅基电吸收调制器，其特征在于，该调制器包括：SOI衬底(100)，该衬底由三部分叠加而成，由下至上分别为底部Si材料层(130)、二氧化硅填埋层(120)和顶层硅(110)；波导层(111)，由所述衬底(100)上的部分顶层硅(110)刻蚀而成，其上制备有掺杂区；二氧化硅窗口层(300)，覆盖在所述波导层(111)和掺杂区的部分表面，其中间区域开有外延窗口；调制层(200)，布置在所述外延窗口中，包括前三维光耦合器(210)、后三维光耦合器(220)、调制层i区(230)和调制层p型轻掺杂区(240)；绝缘介质层(400)，覆盖于所述二氧化硅窗口层(300)和调制层(200)之上；n电极(510)和p电极(520)，设于所述二氧化硅窗口层(300)和绝缘介质层(400)的电极窗口中。2.根据权利要求1所述的硅基电吸收调制器，其特征在于，通过选择外延获得所述前三维光耦合器(210)和后三维光耦合器(220)，通过控制所述二氧化硅窗口层(300)的窗口形状和大小获得所述调制层(200)的不同形状。3.根据权利要求3所述的硅基电吸收调制器，其特征在于，所述掺杂区在所述波导层(111)上中间区域，从左至右依次为n型重掺杂区(114)、n型轻掺杂区(112)、p型轻掺杂区(113)、p型重掺杂区(115)，其中n型轻掺杂区(112)和p型轻掺杂区(113)之间存在间隙。4.根据权利要求3所述的硅基电吸收调制器，其特征在于，所述调制层p型轻掺杂区(240)位于偏向所述p型轻掺杂区(113)的一侧，与p型轻掺杂区(113)电性连接。5.根据权利要求3所述的硅基电吸收调制器，其特征在于，所述n型轻掺杂区(112)、p型轻掺杂区(113)、调制层i区(230)和调制层p型轻掺杂区(240)形成一非对称纵向PIN结，通过施加外部电压控制所述调制层i区(230)中的电场，实现对光速光场功率的电光调制。6.根据权利要求1所述的硅基电吸收调制器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智，成步文，薛春来，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11