一种铌酸锂电光调制器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铌酸锂电光调制器，包括衬底、基于绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)制成的脊型波导、电极、电介质(Dielectrics)以及覆盖层。其中，铌酸锂薄膜置于一层微米厚度的绝缘体上，绝缘层为二氧化硅,铌酸锂薄膜的厚度为300

【技术实现步骤摘要】
一种铌酸锂电光调制器及其制备方法


[0001]本专利技术属于光信息处理领域，尤其涉及一种铌酸锂电光调制器及其制备方法。

技术介绍

[0002]激光外调制技术一直是光通信领域的研究热点。基于铌酸锂电光效应的相位和强度调制器具有大带宽、低损耗，在高速光通信领域极具应用前景。体材料铌酸锂上基于钛扩散或质子交换波导的电光调制器已商业化并被广泛使用。现有技术中存在的基于体材料铌酸锂的钛扩散或质子交换波导，波导宽度为5
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8微米，电极与波导用二氧化硅覆盖。由于波导宽度较大，为了获得较低的半波电压，器件设计尺寸为0.8
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4厘米。波导宽度较大同时造成了其光局域能力受到限制，导致调制带宽受到限制(约10G赫兹)。此外，器件的设计尺寸太大导致器件不便于大规模集成，难以满足现代通信对于调制带宽快速提升的需求。
[0003]为了解决以上问题，现有技术中出现了基于绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)的电光调制器。基于绝缘体上铌酸锂薄膜的脊型波导相较于传统体材料铌酸锂中的钛扩散或质子交换波导，宽度更小，拥有更强的光局域能力。例如，现有技术中存在利用CMOS兼容的工艺在铌酸锂薄膜上制备的调制带宽100G赫兹的马赫
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曾德干涉型强度调制器。其电极长度为1厘米，半波电压降低到了2.3伏。
[0004]半波电压作为与器件功耗直接相关的指标，一直是技术人员最为关心的指标之一。降低半波电压能够直接降低器件功耗，在大规模集成的前提下，单一器件功耗的降低意味着整体功耗大幅降低，因此在现有技术的基础上，不影响器件尺寸、调制能力的前提下，进一步专利技术一种降低铌酸锂电光调制器的半波电压的技术手段是有益的。由于这种降低半波电压的技术手段，是通过降低功耗来节约器件成本的，因此在大规模集成的生产过程中，优选地不应引入额外的生产成本，以免抵消因为功耗降低提供的降低成本的效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种铌酸锂电光调制器，包括波导、电极和覆盖层，其特征在于，所述覆盖层被设置在所述波导和所述电极的表面，并覆盖所述波导和所述电极的表面，在所述波导与所述电极之间，设置有电介质(Dielectrics)。
[0006]进一步地，所述电介质所采用的材料的介电常数大于所述覆盖层的材料的介电常数。
[0007]进一步地，所述波导包括单脊型波导，所述电极为多个，所述多个电极中至少包含第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被分别设置于所述单脊型波导的两侧。
[0008]进一步地，所述电介质包括第一部分和第二部分，所述第一部分被设置于所述第一电极与所述单脊型波导之间，所述第二部分被设置于所述第二电极与所述单脊型波导之间。
[0009]进一步地，所述波导包括双脊型波导，所述双脊型波导包括第二脊型波导与第三脊型波导，所述电极为多个，所述多个电极中至少包含第三电极、第四电极以及第五电极，
所述第三电极被设置于所述第二脊型波导的外侧，所述第四电极被设置于所述第二脊型波导与第三脊型波导之间，所述第五电极被设置于所述第三脊型波导外侧。
[0010]进一步地，所述电介质包括第三、第四、第五、第六部分，所述第三部分被设置于所述第三电极与所述第二脊型波导之间，所述第四部分被设置于所述第二脊型波导与所述第四电极之间，所述第五部分被设置于所述第四电极与所述第三脊型波导之间，所述第六部分被设置于所述第三脊型波导与所述第五电极之间。
[0011]进一步地，所述双脊型波导的材料包括X或Y切绝缘体上铌酸锂薄膜。
[0012]进一步地，所述绝缘体包括二氧化硅绝缘层。
[0013]进一步地，所述双脊型波导绝缘层被设置于半导体或介电体衬底上。
[0014]进一步地，所述双脊型波导、所述多个电极、所述电介质的多个部分上，设置有覆盖层。
[0015]进一步地，所述覆盖层的材料包括二氧化硅。
[0016]进一步地，所述电介质的材料包括氮化铝，所述电极的材料包括金，所述波导的材料包括铌酸锂。
[0017]本专利技术还提供了一种铌酸锂电光调制器的制备方法，具体包括以下步骤：
[0018]步骤一、在半导体或介电体衬底上设置绝缘体上铌酸锂薄膜；
[0019]步骤二、对所述铌酸锂薄膜进行蚀刻，得到脊型波导；
[0020]步骤三、在所述脊型波导的脊部两侧镀多个电极；
[0021]步骤四、在所述多个电极与所述脊型波导的脊部之间沉积电介质；
[0022]步骤五、在所述脊型波导、所述多个电极以及所述电介质上覆盖二氧化硅层。
[0023]进一步地，步骤一中，所述半导体衬底的材料包括硅，所述介电体衬底的材料包括铌酸锂或石英，所述绝缘体包括二氧化硅绝缘层。
[0024]进一步地，步骤一中，所述铌酸锂薄膜为X或Y切。
[0025]进一步地，步骤二中，采用光刻和蚀刻工艺在所述铌酸锂薄膜上加工出脊型波导。
[0026]进一步地，步骤二中，所述脊型波导包括单脊型波导或双脊型波导。
[0027]进一步地，步骤三中，采用对准光刻与电子束蒸发工艺加工所述多个电极。
[0028]进一步地，步骤四中，所述电介质的材料包括氮化铝。
[0029]进一步地，步骤五中，采用化学气相沉积工艺覆盖所述二氧化硅层。
[0030]相对于现有技术而言，本申请提供的铌酸锂电光调制器至少具有以下有益技术效果：
[0031]1、本申请提供的铌酸锂脊型波导为基于绝缘体上的铌酸锂薄膜加工而成，因此波导宽度小，光局域能力强。
[0032]2、本申请提供的铌酸锂电光调制器，能够在不改变器件波导结构、尺寸以及电极长度的前提下，显著降低半波电压，从而降低整个器件的功耗。
[0033]3、本申请提供的铌酸锂电光调制器的制备方法，其中所采用的工艺均为CMOS兼容工艺，采用一些现存的生产设备即能够实现大规模集成。并不需要因为本申请提供的降低半波电压的技术手段而引入额外的生产成本，防止因为生产成本的提高抵消了减低半波电压提供的降低成本的效果。
附图说明
[0034]图1是本申请的一个实施例的结构示意图；
[0035]图2是本申请的一个实施例的整体示意图；
[0036]图3是本申请的一个实施例的波导两侧电极之间的外电场分布示意图；
[0037]图4是本申请的一个实施例的波导区域光场分布示意图。
具体实施方式
[0038]以下参考说明书附图介绍本专利技术的实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在本申请中，如果存在两个波导，则两个波导之间的空间称为内侧，每个波导的与内侧相反的一侧称为外侧。本申请中提到的单脊型波导指的是在基底材料上仅形成一个脊型波导，双脊型波导指的是在基底材料上形成两个脊型波导。本申请中提到的半波电压，具体指对于Mach
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Zehnder型调制器，使得两臂光信号相位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌酸锂电光调制器，包括波导、电极、电介质和覆盖层，其特征在于，所述覆盖层被设置在所述波导和所述电极的表面，并覆盖所述波导和所述电极的表面；所述电介质设置在所述波导与所述电极之间。2.如权利要求1所述的铌酸锂电光调制器，其特征在于，所述电介质所采用的材料的介电常数大于所述覆盖层的材料的介电常数。3.如权利要求2所述的铌酸锂电光调制器，其特征在于，所述波导包括单脊型波导，所述单脊型波导包括第一脊型波导，所述电极包含第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被分别设置于所述第一脊型波导的两侧。4.如权利要求3所述的铌酸锂电光调制器，其特征在于，所述电介质包括第一部分和第二部分，所述第一部分被设置于所述第一电极与所述第一脊型波导之间，所述第二部分被设置于所述第二电极与所述第一脊型波导之间。5.如权利要求2所述的铌酸锂电光调制器，其特征在于，所述波导包括双脊型波导，所述双脊型波导包括第二脊型波导与第三脊型波导，所述电极包含第三电极、第四电极以及第五电极，所述第三电极被设置于所述第二脊型波导的外侧，所述第四电极被设置于所述第二脊型波导与所述第三脊型波导之间，所述第五电极被设置于所述第三脊型波导外侧。6.如权利要求5所述的铌酸锂电光调制器，其特征在于，所述电介质包括第三部分、第四部分、第五部分、第六部分，所述第三部分被设置于所述第三电极与所述第二脊型波导之间，所述第四部分被设置于所述第二脊型波导与所述第四电极之间，所述第五部分被设置于所述第四电极与所述第三脊型波导之间，所述第六部分被设置于所述第三脊型波导与所述第五电极之间。7.如权利要求6所述的铌酸锂电光调制器，其特征在于，所述双脊型波导的材料包括X或Y切绝缘体上铌酸锂薄膜。8.如权利要求7所述的铌酸锂电光调制器，其特征在于，所述绝缘体包括二氧化硅绝缘层。9.如权利要求8所述的铌酸锂电光调制器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉萍，刘一岸，陈险峰，颜雄硕，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：