一种用于光片上网络互连的基于槽波导的光电调制器制造技术

本发明专利技术公开一种用于光片上网络互连的基于槽波导的光电调制器，包括二氧化硅衬底和在二氧化硅衬底上的槽波导输入输出端口以及调制区域

【技术实现步骤摘要】
一种用于光片上网络互连的基于槽波导的光电调制器


[0001]本专利技术涉及片上网络
，具体涉及一种用于光片上网络互连的基于槽波导的光电调制器
。

技术介绍

[0002]光调制器是硅光子学的重要组成部分，它是连接光子世界和数字电子世界的桥梁
。
电光调制包括用调制电信号控制光信号的幅度
、
偏振或相位
。
有许多光学调制技术，如电光
、
电吸收和热光效应
。
载流子浓度变化效应被归类为电吸收机制，或者称为等离子体色散效应，这种机制控制半导体材料中自由电子和空穴的浓度，以控制其介电常数的实部和虚部
。
由于载波的寿命，硅中的这种效应限制了调制速度
。
当前报道的硅基等离子体调制器，虽然结构紧凑，但存在损耗大
、
调制效率低
、
制造工艺困难等问题
。
环形谐振器依赖于谐振结构，因此需要温度稳定和波长调谐
。
此外，它们不能提供线性相位调制
。
基于硅光子马赫曾德尔干涉仪的调制器提供了更高的灵活性，并能够运行到相当高的速度
。
然而，由于它们的非谐振特性，它们需要以毫米数量级或最多几百微米的相互作用长度来充分调制光，因此并不紧凑
。
[0003]槽波导是由两个高折射率的介质条和两个高折射率的介质条之间的一个低折射率的缝隙组成的微纳结构
。
由于介电不连续，
TEr/>光模倾向于高度集中在两个高折射率的介质条之间
。
只有主电场分量垂直于槽和硅条边界的
TE
模式才能被有效限制在槽中，而
TM
模式主电场分量平行于槽和硅条边界，所以其模场不能被槽波导局域在槽中
。
这样的结构利用横向电场在波导边界的不连续性可以将大部分的光能量限制亚波长量级的中间低折射率层
,
在波导的横向能突破衍射极限
.
同时槽波导的中间层可以填充不同的材料
,
极大地丰富了波导材料的选择范围，也显著提高了作用效率，从而实现不同的功能
。
槽波导不仅可以实现尺寸小，而且是全介质波导，便于波导的集成
。
[0004]ENZ(
介电常数趋于零
)
效应发生在材料介电常数实部过零的点附近，从低损耗电介质过渡到有损耗金属
。
在这个过渡点附近的频率上，通过将光限制在亚波长几何形状中，可以大大增强光与物质的相互作用
。
透明导电氧化物
(TCO)
如氧化铟锡
(ITO)、
氧化铟
(In2O3)
和氧化镉
(CdO)
是制备基于
ENZ
效应器件的合适材料
。
因为它们具有可以电或光学调谐的介电常数；此外，它们的
ENZ
交叉点在近红外波长范围内，使它们非常适合电信应用
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的是现有片上网络的调制器存在尺寸大
、
调制效率低和损耗大的问题，提供一种用于光片上网络互连的基于槽波导的光电调制器
。
[0006]为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种用于光片上网络互连的基于槽波导的光电调制器，包括二氧化硅衬底
、
和槽波导区域以及调制区域
、
空气包层；其中槽波导区域为相同的两部分波导，分别连接在调制区域的前后，形成调制器的波导输入端和输出端；槽波导由2个高折射率介质硅
(Si)
层
、
中
间低折射率二氧化硅
(SiO2)
层；调制区域是在槽波导的基础上，在中间低折射率二氧化硅
(SiO2)
层和外侧高折射率介质硅
(Si)
层之间添加透明导电氧化物
(TCO)
层
、
二氧化铪层
(HfO2)
和金属电极层由里向外叠加而成；调制区域的透明导电氧化物
(TCO)
层接地，金属电极层与正电极相接
。
[0008]上述方案中，调制器输入端和输出端槽波导完全对称，尺寸相等
。
[0009]上述方案中，槽波导区域以及调制区域波导厚度和各层总宽度相等，在二氧化硅衬底的上表面依次连接设置
。
[0010]上述方案中，调制区域的金属电极层为金
(Au)
层
。
[0011]上述方案中，调制区域的透明导电氧化物
(TCO)
层为氧化铟锡
(ITO)
层
。
[0012]上述方案中，槽波导2个高折射率介质硅
(Si)
层对称
。
[0013]上述方案中，调制区域2个高折射率介质硅
(Si)
层不对称，调制区域里侧高折射率介质硅
(Si)
层和槽波导区域里侧高折射率介质硅
(Si)
层高度和宽度均相等
。
[0014]上述方案中，调制区域的外侧高折射率介质硅
(Si)
层
、
添加的透明导电氧化物
(TCO)
层
、
二氧化铪
(HfO2)
层以及金属电极层的总宽度和槽波导的高折射率介质硅
(Si)
层宽度相等
。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下特点：
[0016]1、
完全自主设计了基于槽波导的调制器的结构，将表面等离子激元和活性材料透明导电氧化物
ITO
引入到槽波导中，实现调制功能，将其作为光电之间通信的接口
。
[0017]2、
基于表面等离子激元和活性材料的调制器，使得其尺寸能够达到微纳级别，从而大大缩小了调制器的尺寸
。
[0018]3、
调制器的槽波导结构具有高光约束和低损耗的特点，其调制机制是通过施加外电压改变等离子体部分
ITO
层载流子密度，改变模式折射率和衰减功率，有效降低调制器的能耗
。
而且可以通过改变槽波导填充材料增加调制器的灵活性
。
[0019]4、
虽然垂直槽波导多层结构的设计灵活性有限，但是垂直多层结构的制造工艺更为直接，工艺更简单
。
附图说明
[0020]图1为一种用于光片上网络互连的基于槽波导的光电调制器的立体结构示意图
。
[0021]图2为槽波导区域的立体结构示意图
。
[0022]图3为调制区域的立体结构示意图
。
[0023]图4为槽波导区域的横截面结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于光片上网络互连的基于槽波导的光电调制器，该调制器由二氧化硅衬底
(1)
和槽波导
(2)、
调制区域
(3)、
空气包层
(4)
四部分组成
。
在本实例中，二氧化硅衬底
(1)
为
3um
高的二氧化硅
(SiO2)
层；槽波导
(2)
，调制区域
(3)
的所有材料层高度均为
220nm。
槽波导有输入输出两个部分，且完全相同，由2个高折射率介质硅
(Si)
层
、
中间低折射率二氧化硅
(SiO2)
组成；在本实例中，里侧高折射率介质层为宽度
280nm
的硅
(Si)
层
(2
‑
1)、
外侧高折射率介质层为宽度
280nm
的硅
(Si)
层
(2
‑
2)、
中间低折射率层为宽度
20nm
的二氧化硅
(SiO2)
层
(2
‑
3)。
调制区域是在槽波导的基础上，在中间低折射率二氧化硅层和外侧高折射率介质硅层之间添加氧化铟锡层
、
二氧化铪层和金属电极层由里向外叠加而成；在本实例中，里侧高折射率介质层为宽度
280nm
的硅
(Si)
层
(3
‑
1)、
外侧高折射率介质层为宽度
235nm
的硅
(Si)
层
(3
‑
2)、
和中间低折射率层为宽度
20nm
的二氧化硅
(SiO2)
层
(3
‑
3)、
氧化铟锡层为宽度
20nm
的氧化铟锡
(ITO)
层
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡聪，李越，潘静茹，黄喜军，
申请(专利权)人：南宁桂电电子科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：