CN112198680A - 一种电光调制器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电光调制器及制备方法，其特征在于，包括：衬底层；波导层；由P型区和N型区结合形成在所述衬底层上方，其包括依次连接的第一调制波导、传输波导、以及第二调制波导；电极；包括第一阴极、第二阴极及阳极，其中，所述阳极设置在所述第一调制波导与所述第二调制波导之间，所述第一阴极配置在所述第一调制波导远离阳极的一侧，所述第二阴极配置在所述第二调制波导远离阳极的一侧；解决了长的行波电极信号传输损耗太大，导致带宽减小的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电光调制，特别涉及一种电光调制器及制备方法。
背景技术
近年来，随着物联网的迅猛发展，光纤通信系统作为物联网的重要依托，其发展受到更多的重视。在长途骨干网领域，随着光传输技术的成熟和发展，世界范围内出现了干线传输网络的建设热潮，传输带宽、传输容量快速发展。
随着光纤通信系统的发展，光器件的发展也同样面临着机遇和挑战，如何开发出性能优良、价格低廉的光器件已经成为人们所面临的首要问题。硅基光电子器件具有易于集成、工艺成本低等优点，近些年来引起研究人员的广泛关注。硅(Si)材料作为微电子领域的传统材料，在加工工艺和制作成本上有着其他材料无可比拟的优势，硅基光电子集成技术应运而生。
作为硅基光电集成技术中的重要的代表元件之一的电光调制器，它的作用就是把电信号加到光载波上，将电信号转变为光信号。硅基电光调制器经过十几年的发展，在结构上不断优化，性能进一步提高。
对于直波导硅基电光探测器而言，由于硅不具有一阶电光效应，因此调制效率较低，从而需要较长的调制波导。长的调制波导就需要长的调制电极长度，而长的行波电极导致信号传输损耗太大，从而减小了带宽。
有鉴于此，提出本申请。
发明内容
本发明公开了一种电光调制器及制备方法，旨在解决长的行波电极信号传输损耗太大，导致带宽减小的问题。
本发明第一实施例提供了一种电光调制器，包括：
衬底层；
波导层；由P型区和N型区结合形成在所述衬底层上方，其包括依次连接的第一调制波导、传输波导、以及第二调制波导；
电极；包括第一阴极、第二阴极及阳极，其中，所述阳极设置在所述第一调制波导与所述第二调制波导之间，所述第一阴极配置在所述第一调制波导远离阳极的一侧，所述第二阴极配置在所述第二调制波导远离阳极的一侧；
绝缘层；设置在所述第一阴极与所述第一调制波导、第一调制波导与所述阳极、所述阳极与所述第二调制波导、以及所述第二调制波导与所述第二阴极之间。
优选地，所述第一调制波导与所述第二调制波导呈直线状，且相对设置在所述衬底层上。
优选地，所述传输波导呈U型状，其中，所述第一调制波导的输出端与所述传输波导的第一端相连，所述传输波导的第二端与所述第二调制波导的输入端相连。
优选地，所述P型区为P掺杂硅，所述N型区为N掺杂硅。
优选地，所述第一调制波导与所述第二调制波导之间为P掺杂硅，所述第一调制波导远离阳极的一侧为N掺杂硅，所述第二调制波导远离阳极的一侧为N掺杂硅。
优选地，所述波导层的高度为180-260nm、宽度为450-750nm。
优选地，所述电极的长度为0.5-1.5mm。
优选地，所述衬底层为SOI衬底。
优选地，所述绝缘层为二氧化硅层。
本发明第二实施例提供了一种如上任意一项所述的电光调制器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
准备SOI衬底；
在所述SOI衬底上刻蚀出U型的本征硅，对所述本征硅进行N掺杂和P掺杂，以形成U型波导结构；
在所述U型波导结构的内部进行P掺杂形成P掺杂硅，将所述阳极设置在所述P掺杂硅上，在所述U型波导结构的两侧进行N掺杂形成N掺杂硅，将第一阴极和第二阴极设置在所述U型波导结构两侧的N掺杂硅上；
用绝缘层覆盖整个器件。
基于本发明提供的一种电光调制器及制备方法，通过在衬底层通过刻蚀形成一个U型的波导结构，其中，所述波导结构包括依次连接的第一调制波导、传输波导、以及第二调制波导，其中，所述阳极设置在所述第一调制波导与所述第二调制波导之间，所述第一阴极和第二阴极分别设置所述第一调制波导与所述第二调制波导的两侧，进而实现所述第一调制波导与所述第二调制波导公用阳极，以使得在调制波导长度不变的情况下，减小电极的长度，进而减小行波电极信号在电极中的损耗，以增大带宽。
附图说明
图1是本是发明第一实施例提供的一种电光调制器的接收示意图；
图2是本是发明第二实施例提供的一种电光调制器制作流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明公开了一种电光调制器及制备方法，旨在解决长的行波电极信号传输损耗太大，导致带宽减小的问题。
请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种电光调制器，包括：
衬底层7；
波导层；由P型区(12、22、32)和N型区(11、21、31)结合形成在所述衬底层7上方，其包括依次连接的第一调制波导1、传输波导2、以及第二调制波导3；
电极；包括第一阴极4、第二阴极5及阳极6，其中，所述阳极6设置在所述第一调制波导1与所述第二调制波导3之间，所述第一阴极4配置在所述第一调制波导1远离阳极6的一侧，所述第二阴极5配置在所述第二调制波导3远离阳极6的一侧；
绝缘层；设置在所述第一阴极4与所述第一调制波导1、第一调制波导1与所述阳极6、所述阳极6与所述第二调制波导3、以及所述第二调制波导3与所述第二阴极5之间。
需要说明的是，电光调制器的是通过在电极的两端施加电压，进而将电压施加到电光晶体上，电光晶体的折射率将发生变化，结果引起通过该晶体的光波特性的变化，实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制，然而在现有技术中，需要一条较长的调制波导进行调制，此时就需要一条较长的行波电极设置在波导两侧，然而长的行波电极导致信号传输损耗太大，从而减小了带宽。
在本实施例中，通过在衬底层7通过刻蚀形成波导层，所述波导层由两个呈直线状且相对设置的所述第一调制波导1与所述第二调制波导3、及呈U型状的传输波导2，其中，所述第一调制波导1的输出端与所述传输波导2的第一端相连，所述传输波导2的第二端与所述第二调制波导3的输入端相连，将所述阳极6设置在所述第一调制波导1与所述第二调制波导3之间，所述第一阴极4配置在所述第一调制波导1远离阳极6的一侧，所述第二阴极5配置在所述第二调制波导3远离阳极6的一侧；可以理解的是，所述第一调制波导1与所述第二调制波导3共用所述阳极6，以使得在调制波导长度不变的情况下，减小电极的长度，进而减小行波电极信号在电极中的损耗，以增大带宽。
在本实施例中，所述P型区(12、22、32)可以为P掺杂硅，所述N型区(11、21、31)可以为N掺杂硅。
需要说明的是，所述波导层中的第一调制波导1、传输波导2、以及第二调制波导3由所述P型区(12、22、32)和所述N型区(11、21、31)构成，可以理解为U型状的内侧为P型区(12、22、32)、U型状的外侧为N型区(11、21、31)，其材质可以是先从所述衬底层7刻蚀生成本征硅，再通过离子注入的方式以在P型区形成P掺杂硅，在N型区形成N掺杂硅。
在本实施例中，所述第一调制波导1与所述第二调制波导3之间可以为P掺杂硅，所述第一调制波导1远离阳极6的一侧可以为N掺杂硅，所述第二调制波导3远离阳极6的一侧可以为N掺杂硅。
可以理解的是，在U型状的内侧非波导结构8的材质为P掺杂硅，与所述波导结构的P掺杂硅为一体，其中，所述阳极6设置在U型状的内侧非波导结构上(即设置在P掺杂硅上)，在U型状的外侧非波导结构9的材质为N掺杂硅，所述第一阴极4与所述第二阴极5设置在U型状的外侧非波导结构上(即设置在N掺杂硅上)。
在本实施例中，所述波导层的高度可以为180-260nm、宽度可以为450-750nm。
需要说明的是，在其他实施例中，所述波导层的高度与宽度可以根据实际情况对应设置，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
在本实施例中，所述电极的长度可以为0.5-1.5mm。
需要说明的是，所述第一阴极4、第二阴极5及阳极6的长度可以为0.5-1.5mm，其中，所述第一调制波导1与所述第二调制波导3与电极的长度可以一致，当然，在其他实施例中，所述电极的长度还可以是其他的范围，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
在本实施例中，所述衬底层7可以为SOI衬底。
需要说明的是，在其他实施例中，所述衬底层7还可以采用其他材质，其可以根据实际情况对应选择，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
在本实施例中，所述绝缘层可以为二氧化硅层。
需要说明的是，在其他实施例中，所述绝缘层还可以采用其他材质，其可以根据实际情况对应选择，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
请参阅图2，本发明第二实施例提供了一种如上任意一项所述的电光调制器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101，准备SOI衬底；
S102，在所述SOI衬底上刻蚀出U型的本征硅，对所述本征硅进行N掺杂和P掺杂，以形成U型波导结构；
S103，在所述U型波导结构的内部进行P掺杂形成P掺杂硅，将所述阳极6设置在所述P掺杂硅上，在所述U型波导结构的两侧进行N掺杂形成N掺杂硅，将第一阴极4和第二阴极5设置在所述U型波导结构两侧的N掺杂硅上；
S104，用绝缘层覆盖整个器件。
基于本发明提供的一种电光调制器及制备方法，通过在衬底层7通过刻蚀形成一个U型的波导结构，其中，所述波导结构包括依次连接的第一调制波导1、传输波导2、以及第二调制波导3，其中，所述阳极6设置在所述第一调制波导1与所述第二调制波导3之间，所述第一阴极4和第二阴极5分别设置所述第一调制波导1与所述第二调制波导3的两侧，进而实现所述第一调制波导1与所述第二调制波导3公用阳极6，以使得在调制波导长度不变的情况下，减小电极的长度，进而减小行波电极信号在电极中的损耗，以增大带宽。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电光调制器，其特征在于，包括：
衬底层；
波导层；由P型区和N型区结合形成在所述衬底层上方，其包括依次连接的第一调制波导、传输波导、以及第二调制波导；
电极；包括第一阴极、第二阴极及阳极，其中，所述阳极设置在所述第一调制波导与所述第二调制波导之间，所述第一阴极配置在所述第一调制波导远离阳极的一侧，所述第二阴极配置在所述第二调制波导远离阳极的一侧；
绝缘层；设置在所述第一阴极与所述第一调制波导、第一调制波导与所述阳极、所述阳极与所述第二调制波导、以及所述第二调制波导与所述第二阴极之间。
2.根据权利要求1所述的一种电光调制器，其特征在于，所述第一调制波导与所述第二调制波导呈直线状，且相对设置在所述衬底层上。
3.根据权利要求1所述的一种电光调制器，其特征在于，所述传输波导呈U型状，其中，所述第一调制波导的输出端与所述传输波导的第一端相连，所述传输波导的第二端与所述第二调制波导的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的一种电光调制器，其特征在于，所述P型区为P掺杂硅，所述N型区为N掺杂硅。
5.根据权利要求1所述的一种电光调制器，其特征在于，所述第一调制波导与所述第二调制波导之间为P掺杂硅，所述第一调制波导远离阳极的一侧为N掺杂硅，所述第二调制波导远离阳极的一侧为N掺杂硅。
6.根据权利要求1所述的一种电光调制器，其特征在于，所述波导层的高度为180-260nm、宽度为450-750nm。
7.根据权利要求1所述的一种电光调制器，其特征在于，所述电极的长度为0.5-1.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种电光调制器，其特征在于，所述衬底层为SOI衬底。
9.根据权利要求1所述的一种电光调制器，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅层。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的电光调制器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
准备SOI衬底；
在所述SOI衬底上刻蚀出U型的本征硅，对所述本征硅进行N掺杂和P掺杂，以形成U型波导结构；
在所述U型波导结构的内部进行P掺杂形成P掺杂硅，将所述阳极设置在所述P掺杂硅上，在所述U型波导结构的两侧进行N掺杂形成N掺杂硅，将第一阴极和第二阴极设置在所述U型波导结构两侧的N掺杂硅上；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210108 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |