【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电光调制器，特别是涉及一种混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器及制备方法。
技术介绍
1、电光调制器是构成集成硅光子系统的关键组件之一。近年来，2μm至20μm之间的中红外波段由于其在成像，传感，光谱学，光通信和数据互联中广泛的应用而受到越来越多的关注。例如，一个电光调制器可以取代斩波器，它与锁相放大器的结合可以提高传感电路的信噪比。此外，电光调制器可以在片上光束转向系统中充当移相器，用于激光雷达和热成像。波导是光电集成系统中最基本的元件之一，开发具有低损耗、高约束和可调谐特性的新型中红外波导具有广阔的应用前景。
2、根据不同的光学导波介质和相应的调制机理，已报道的中红外电光调制器主要可分为以下几类。
3、1)基于硅，锗材料的等离子体色散效应的电光调制器。硅电折射调制器作为2μm通信波段的功能部件已被国内外广泛研究。然而随着波长的增加，由载流子吸收引起的光学损耗变得严重，必须在调制速度、效率、掺杂结构和载流子吸收之间进行权衡。
4、2)基于二维材料石墨烯和黑磷的泡利阻塞效应和量子限制斯塔克效应的电光调制器。由于复杂的二维材料转移技术，缺少器件的制备与表征。此外这种器件不能实现晶圆级的制造，导致了非常高的成本。
5、3)基于铌酸锂和钛酸钡的泡克尔斯效应的电光调制器。与等离子体色散效应相比，铁电氧化物能在宽光谱上提供超快和纯粹的折射率实部调制，而没有额外的吸收损失。到目前为止，已报道的中红外铌酸锂调制器的调制效率远小于硅调制器的普遍调制效率。此外，尽管在钛酸钡调制器中测得的有
6、在这种背景下，寻找一种具有在硅衬底上进行大规模集成潜力的合适的电光材料仍然是一个悬而未决的问题。氮化铝具有相对较大的电光系数，溅射生成的氮化铝波导型电光调制器已被证实有1pm/v的电光系数和4.5gb/s的调制速度。此外，氮化铝具有大带隙和二阶非线性效应，且可以与硅和二氧化硅等多种衬底兼容，使其成为量子器件和其他高性能光学应用的很有前途的平台。
7、当前已公开的技术中，目前从未有关于掺钪氮化铝电光调制器的报道，遇到的主要技术难题是掺钪氮化铝刻蚀技术不成熟导致的单模波导高损耗。在1550nm波段工作的掺钪氮化铝波导损耗约为9±2db/cm，这将严重限制微环型和马赫曾德尔型电光调制器的工作性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器及制备方法，能够通过掺杂钪提升电光系数，并利用不刻蚀掺钪氮化铝的波导结构，规避了刻蚀导致的掺钪氮化铝波导传播损耗过大，调制器性能衰减的问题，提高调制效率。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器及制备方法，包括：从下到上依次设置的硅衬底、埋氧层和掺钪氮化铝槽薄膜层；所述掺钪氮化铝槽薄膜层上还设置有氮化硅脊波导层；在所述掺钪氮化铝槽薄膜层上，且在所述氮化硅脊波导层的两侧设置有金属接地电极；所述掺钪氮化铝槽薄膜层上还设置有包覆层；所述包覆层上还设置有连接下方的各所述金属接地电极的过孔，以及设置于所述氮化硅脊波导层上方的信号电极；所述氮化硅脊波导层和所述掺钪氮化铝槽薄膜层的混合波导层形成微环谐振器结构。
4、可选地，所述埋氧层的材料采用二氧化硅。
5、可选地，所述掺钪氮化铝槽薄膜层的晶轴取向为高度c轴取向。
6、可选地，所述包覆层的材料采用对电光调制器件的工作波段透明的介电材料。
7、本专利技术还提供了一种混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器的制备方法，应用于上述的混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，包括：
8、步骤1、清洗、干燥晶圆后，得到硅衬底和埋氧层；
9、步骤2、在埋氧层上通过磁控溅射形成掺钪氮化铝薄膜层；
10、步骤3、在掺钪氮化铝薄膜层上通过等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅波导层，并通过光刻、刻蚀工艺形成氮化硅脊波导；
11、步骤4、在氮化硅波导两侧，掺钪氮化铝薄膜上方通过光刻、电子束蒸发或磁控溅射、剥离工艺形成金属接地电极；
12、步骤5、在氮化硅脊波导上通过沉积形成包覆层；
13、步骤6、在包覆层上通过光刻、刻蚀的方法形成过孔，与金属接地电极形成互连；所述光刻采用的方法包括步进式光刻机、电子束直写和激光束直写；所述刻蚀的方法包括干法刻蚀和湿法刻蚀；
14、步骤7、在包覆层上通过电子束蒸发或磁控溅射、光刻、刻蚀填充过孔并形成信号电极；所述磁控溅射的方法包括直流磁控溅射和射频磁控溅射。
15、本专利技术还提供了一种混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，包括：从下到上依次设置的硅衬底、埋氧层、单晶硅薄膜层和掺钪氮化铝槽薄膜层；所述掺钪氮化铝槽薄膜层上还设置有非晶硅波导层；在所述掺钪氮化铝槽薄膜层上，且在所述非晶硅波导层的两侧设置有金属接地电极；所述掺钪氮化铝槽薄膜层上还设置有包覆层；所述包覆层上还设置有连接下方的各所述金属接地电极的过孔，以及设置于所述非晶硅波导层上方的信号电极；所述非晶硅波导层、所述掺钪氮化铝槽薄膜层和所述单晶硅薄膜层形成微环谐振器结构。
16、可选地，所述单晶硅薄膜层、所述掺钪氮化铝槽薄膜层和所述非晶硅波导层构成了掺钪氮化铝槽波导结构。
17、可选地，所述包覆层的材料采用二氧化硅、氧化铝或氧化镁。
18、可选地，所述金属接地电极的厚度在0.2μm到0.6μm之间，宽度在5μm到20μm之间，与所述掺钪氮化铝槽薄膜层之间的间距在1μm到3μm之间；所述信号电极的厚度在0.2μm到0.6μm之间，宽度在5μm到20μm之间。
19、本专利技术还提供了一种混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器的制备方法，应用于上述的混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，包括：
20、步骤1、清洗、干燥晶圆后，得到硅衬底、埋氧层和单晶硅薄膜层；
21、步骤2、在单晶硅薄膜层上通过磁控溅射形成掺钪氮化铝薄膜层；
22、步骤3、在掺钪氮化铝薄膜层上通过磁控溅射形成非晶硅波导层，接着通过光刻、刻蚀工艺形成所述非晶硅波导，整体构成了非晶硅-掺钪氮化铝薄膜-单晶硅槽波导结构，位于埋氧层上方，环形波导和直波导形成了所述微环谐振器结构；
23、步骤4、在非晶硅波导两侧，掺钪氮化铝薄膜上方通过光刻、电子束蒸发或磁控溅射、剥离工艺形成金属接地电极；
24、步骤5、在槽波导上通过沉积形成包覆层；
25、步骤6、在包覆层上通过光刻、刻蚀的方法形成过孔，与金属接地电极形成互连；所述光刻采用的方法包括步进式光刻机、电子束直写和激光束直写；所述刻蚀的方法包括干法刻蚀和湿法刻蚀；
26、步骤7、在包覆层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，其特征在于，包括：从下到上依次设置的硅衬底、埋氧层和掺钪氮化铝槽薄膜层；所述掺钪氮化铝槽薄膜层上还设置有氮化硅脊波导层；在所述掺钪氮化铝槽薄膜层上，且在所述氮化硅脊波导层的两侧设置有金属接地电极；所述掺钪氮化铝槽薄膜层上还设置有包覆层；所述包覆层上还设置有连接下方的各所述金属接地电极的过孔，以及设置于所述氮化硅脊波导层上方的信号电极；所述氮化硅脊波导层和所述掺钪氮化铝槽薄膜层的混合波导层形成微环谐振器结构。
2.根据权利要求1所述的混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，其特征在于，所述埋氧层的材料采用二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，其特征在于，所述掺钪氮化铝槽薄膜层的晶轴取向为高度c轴取向。
4.根据权利要求1所述的混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，其特征在于，所述包覆层的材料采用对电光调制器件的工作波段透明的介电材料。
5.一种混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器的制备方法，应用于权利要求1-4任一项所述的混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，其特征在于，包括：<...
【技术特征摘要】
1.一种混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，其特征在于，包括：从下到上依次设置的硅衬底、埋氧层和掺钪氮化铝槽薄膜层；所述掺钪氮化铝槽薄膜层上还设置有氮化硅脊波导层；在所述掺钪氮化铝槽薄膜层上，且在所述氮化硅脊波导层的两侧设置有金属接地电极；所述掺钪氮化铝槽薄膜层上还设置有包覆层；所述包覆层上还设置有连接下方的各所述金属接地电极的过孔，以及设置于所述氮化硅脊波导层上方的信号电极；所述氮化硅脊波导层和所述掺钪氮化铝槽薄膜层的混合波导层形成微环谐振器结构。
2.根据权利要求1所述的混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，其特征在于，所述埋氧层的材料采用二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，其特征在于，所述掺钪氮化铝槽薄膜层的晶轴取向为高度c轴取向。
4.根据权利要求1所述的混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，其特征在于，所述包覆层的材料采用对电光调制器件的工作波段透明的介电材料。
5.一种混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器的制备方法，应用于权利要求1-4任一项所述的混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，其特征在于，包括：
6.一种混合型非刻蚀掺钪氮化铝电光调制器，其特征在于，包括：从下到上依次设置的硅衬底、埋氧层、单晶硅薄膜...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡挺，许天琦，钟其泽，董渊，郑少南，邱阳，赵兴岩，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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