一种硅基吸收型电光调制器及提高调制效率的方法技术

本发明专利技术的实施例公开了一种硅基吸收型电光调制器。硅基吸收型电光调制器包括硅衬底；形成在硅衬底上的埋氧层；形成在埋氧层上的光波导；所述光波导具有一个或多个轻掺杂区，所述轻掺杂区包括掺杂N型杂质的N型轻掺杂区和掺杂P型杂区的P型轻掺杂区，其中所述N型轻掺杂区与所述P型轻掺杂区重叠。通过在波导区掺入杂质，降低载流子迁移率，从而提高吸收系数。通过在波导区同时掺入N型杂质和P型杂质，并使两种杂质完全重叠，解决在波导区掺入杂质会提高器件的光学损耗的技术问题，可以在不产生额外的损耗的情况下，降低载流子迁移率，提高吸收系数。

A Silicon-based Absorption Electro-optic Modulator and the Method of Improving Modulation Efficiency

【技术实现步骤摘要】
一种硅基吸收型电光调制器及提高调制效率的方法
本专利技术涉及集成光电子领域，尤其涉及一种硅基吸收型电光调制器及提高调制效率的方法。
技术介绍
电光调制器能够对光波进行调制，使其运载各种信息，，是光互连、光计算和光通讯系统的关键器件之一。目前电光调制器主要分为：利用直接电光效应的LiNbO3调制器、GaAs调制器、聚合物调制器、利用多量子阱电吸收原理的InP调制器，利用等离子色散效应的硅基电光调制器等。其它类型的电光调制器或因为与传统微电子工艺兼容性差，或因为调制效率低、调制带宽小，或因为稳定性较低、光损耗较高以及工艺条件复杂等原因制约了其商业应用，硅基光调制器的优点在于其与CMOS工艺的兼容性，可实现低功耗、高速率、低成本光子器件及其和电子器件的单片高密度集成而得到广泛关注与应用。硅基吸收型电光调制器利用硅和二氧化硅高的折射率差(硅折射率3.47，二氧化硅折射率1.6)将光场限制在微米甚至亚微米尺寸的波导中，通过增加波导区的载流子浓度提高材料的吸收系数，从而达到光衰减的目的。然而，硅基吸收型可变光衰减器的功耗通常较大，不利于单片集成。因此，如何提高其调制效率，降低功耗，一直是硅基吸收型电光调制器研究的重点。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一个实施例，提供一种硅基吸收型电光调制器，包括：硅衬底；形成在硅衬底上的埋氧层；形成在埋氧层上的光波导；所述光波导具有一个或多个轻掺杂区，所述轻掺杂区包括掺杂N型杂质的N型轻掺杂区和掺杂P型杂区的P型轻掺杂区，其中所述N型轻掺杂区与所述P型轻掺杂区重叠。在本专利技术的一个实施例中，所述电光调制器进一步包括：形成在光波导两侧的N型重掺杂区和P型重掺杂区。在本专利技术的一个实施例中，所述N型杂质选择磷、砷、锑中的至少一种，所述P型杂质是硼。在本专利技术的一个实施例中，所述轻掺杂区的掺杂浓度在1x1016cm-3-5x1016cm-3的范围内。在本专利技术的一个实施例中，所述轻掺杂区的形状为下列形状中的至少一种：任意封闭的曲线、任意封闭的曲线组合、任意封闭的线段组合、任意封闭的曲线和线段组合。在本专利技术的一个实施例中，所述轻掺杂区的形状为圆形、椭圆形、跑道形、多边形、凸形、凹形、梳形、I形和/或S形。在本专利技术的一个实施例中，所述多边形为三角形、四边形、五边形、六边形、八边形和/或十二边形。在本专利技术的一个实施例中，所述多个轻掺杂区呈单行、单列、多行、多列或多行多列排列。在本专利技术的一个实施例中，所述多个轻掺杂区的中点在所述光波导的中线上，或所述多个轻掺杂区以光波导的中线为轴线呈轴对称。在本专利技术的一个实施例中，所述多个轻掺杂区的尺寸不大于波导区的尺寸。对于分段式结构，轻掺杂区域和非轻掺杂区域所占比例可根据器件光学损耗的指标要求，结合掺杂浓度，掺杂区域两种杂质重叠的情况以及掺杂区域和光场的相对位置灵活设计。通过在波导区掺入杂质，降低载流子迁移率，从而提高吸收系数。通过在波导区同时掺入N型杂质和P型杂质，并使两种杂质完全重叠，解决在波导区掺入杂质会提高器件的光学损耗的技术问题，可以在不产生额外的损耗的情况下，降低载流子迁移率，提高吸收系数。通过分段式掺杂设计，解决在实际工艺中，因为两种杂质的扩散系数不一样，很难做到两种杂质在空间分布上完全重合的问题。使硅基吸收型电光调制器在不影响静态损耗的情况下，降低载流子迁移率，优化调制效率。附图说明图1示出一种吸收型电光调制结构的俯视示意图。图2示出一种吸收型电光调制器剖面示意图。图3示出根据本专利技术的一个实施例的吸收型电光调制结构的俯视示意图。图4示出图3所示吸收型电光调制结构的剖面示意图。图5示出根据本专利技术的一个实施例的吸收型电光调制结构的俯视示意图。图6示出根据本专利技术的一个实施例的吸收型电光调制结构的俯视示意图。图7示出根据本专利技术的一个实施例的吸收型电光调制结构的俯视示意图。图8示出根据本专利技术的一个实施例的吸收型电光调制结构的俯视示意图。图9示出根据本专利技术的一个实施例的吸收型电光调制结构的俯视示意图。图中标记说明：11P型重掺杂区12N型重掺杂区13光波导14硅衬底15埋氧层16包层17电极21P型轻掺杂区22N型轻掺杂区23轻掺杂区(N型轻掺杂区和P型轻掺杂区完全重叠)具体实施方式在以下的描述中，参考各实施例对本专利技术进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本专利技术的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本专利技术的实施例的全面理解。然而，本专利技术可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。需要说明的是，本专利技术的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本专利技术的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。图1为一种硅基吸收型电光调制器的结构，光波导13的上下两端为输入输出端，是光信号的输入和输出端；光波导左右两侧分别为N型重掺杂区12和P型重掺杂区11，当器件通电正常工作时，电子从N型重掺杂区12经过光波导流向P型重掺杂区11，空穴流动方向与电子相反，使光波导13中的电子浓度和空穴浓度增加，由于光波导13中电子和空穴浓度增加会使波导的光吸收系数增加，光信号衰减，通过上述原理可以实现电光调制。图2为一种吸收型电光调制器的剖面结构示意图。如图2所示，在硅衬底14上形成有埋氧层15，埋氧层15一般为二氧化硅。在埋氧层15上有波导层，在光波导13的两侧分别是N型重掺杂区12和P型重掺杂区11，包层16包覆波导层、N型重掺杂区12和P型重掺杂区11，在N型重掺杂区12和P型重掺杂区11上还具有电极17。电光调制器工作时电子从N型重掺杂区12进入光波导13，而空穴从P型重掺杂区11进入光波导13，使其中的电子浓度和空穴浓度增加，光波导13的光吸收系数增加，光信号衰减，实现电光调制。由于这种硅基吸收型电光调制器的功耗较大，需要提高吸收型调制器的调制效率，从而降低功耗。在硅材料中，折射率和吸收系数随电压的改变，源于等离子的色散效应，Drude模型给出了半导体折射率实部和吸收系数(折射率虚部)随载流子浓度变化的关系：公式(1)、公式(2)中的ΔNe和ΔNh分别为自由电子浓度和自由空穴浓度，μe和μh分别是电子和空穴的迁移率。从公式(2)中可以看出，材料的吸收系数不仅随自由电子和空穴的浓度而改变，还和载流子的迁移率成反比，为了提高吸收系数载流子迁移率越低越好。因此，本专利技术以降低载流子迁移率为出发点，提高硅基吸收型调制器的调制效率。图3为根据本专利技术的一个实施例的吸收型电光调制结构的俯视示意图，图4为图3所示的吸收型电光调制剖面结构的剖面示意图。如图3和图4所示，吸收型电光调制结构具有硅衬底14，硅衬底14上形成有埋氧层15。在埋氧层15上有波导层，在光波导1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基吸收型电光调制器，包括：硅衬底；形成在硅衬底上的埋氧层；形成在埋氧层上的光波导；所述光波导具有一个或多个轻掺杂区，所述轻掺杂区包括掺杂N型杂质的N型轻掺杂区和掺杂P型杂区的P型轻掺杂区，其中所述N型轻掺杂区与所述P型轻掺杂区重叠。

【技术特征摘要】
1.一种硅基吸收型电光调制器，包括：硅衬底；形成在硅衬底上的埋氧层；形成在埋氧层上的光波导；所述光波导具有一个或多个轻掺杂区，所述轻掺杂区包括掺杂N型杂质的N型轻掺杂区和掺杂P型杂区的P型轻掺杂区，其中所述N型轻掺杂区与所述P型轻掺杂区重叠。2.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述电光调制器进一步包括：形成在光波导两侧的N型重掺杂区和P型重掺杂区。3.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述N型杂质选择磷、砷、锑中的至少一种，所述P型杂质是硼。4.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述轻掺杂区的掺杂浓度在1x1016cm-3-5x1016cm-3的范围内。5.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述轻掺杂区的形状为下列形状中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰，李营营，
申请(专利权)人：上海硅通半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31