CN113376772A - 一种基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块，包括电芯片部分和光芯片部分，所述光芯片部分包括发射模块和接收模块；所述发射模块包括激光器、锗硅电吸收调制器、第一转换器和第一耦合器；所述锗硅电吸收调制器与所述电芯片部分相连，用于将所述激光器发出激光加载上经过所述电芯片部分的电信号成为光信号，所述光信号依次通过所述第一转换器和第一耦合器进入光传输部分；所述接收模块包括锗硅探测器、第二转换器和第二耦合器；所述锗硅探测器与所述电芯片部分相连，用于探测依次经过第二耦合器和第二转换器的光信号，并将所述光信号转换为电信号；所述锗硅电吸收调制器和所述锗硅探测器采用相同的垂直结构。本发明能够降低制造成本。

Description

一种基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块
技术领域
本发明涉及硅基光电子技术领域，特别是涉及一种基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块。
背景技术
当前应用较为广泛的硅基电光调制器大致分为三种：1.基于自由载流子色散效应的马赫曾德(MZI)调制器，其优点是具有较大的光学带宽和高速的性能，电光截止频率已经可以达到50GHz，缺点是有源区面积较大因而能耗较高，同时其行波电极结构设计较为复杂。2.微环调制器，其优点是结构紧凑，同时具有很低的器件能耗，缺点是由于微环调制器是基于谐振原理，因此它的光学带宽特别窄，同时造成其性能受到工艺和温度变化影响很大。3.电吸收调制器，其同时具有光学带宽较大、高速以及结构紧凑的优点，电极结构为集总电极便于设计而且有源区面积相对于MZI调制器较小，因而其具有低成本和低功耗的特性，在数字通信和模拟通信等方面有巨大的应用潜力。
与传统的电互连相比，光互连具有宽频带、抗电磁干扰、强保密性、低传输损耗、低功耗和低时延等优点，广泛应用于服务器之间或者服务器与路由器之间。因此，如何在提高硅光收发模块性能的同时，降低其成本，是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块，用于解决现有的硅光收发模块不能在提高性能的同时降低制造成本的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块，包括电芯片部分和光芯片部分，所述光芯片部分包括发射模块和接收模块；所述发射模块包括激光器、锗硅电吸收调制器、第一转换器和第一耦合器；所述锗硅电吸收调制器与所述电芯片部分相连，用于将所述激光器发出激光加载上经过所述电芯片部分的电信号成为光信号，所述光信号依次通过所述第一转换器和第一耦合器进入光传输部分；所述接收模块包括锗硅探测器、第二转换器和第二耦合器；所述锗硅探测器与所述电芯片部分相连，用于探测依次经过第二耦合器和第二转换器的光信号，并将所述光信号转换为电信号；所述锗硅电吸收调制器和所述锗硅探测器采用相同的垂直结构。
所述锗硅电吸收调制器包括衬底，所述衬底包括上衬底和下衬底，所述上衬底的上表面和下衬底的下表面设置有氧化层，所述下衬底的上表面和上衬底的下表面之间设置有锗硅波导和氧化层；所述下衬底上设置有空穴掺杂部分，所述空穴掺杂部分包括第一空穴掺杂区域和第二空穴掺杂区域，所述第一空穴掺杂区域的掺杂浓度小于所述第二空穴掺杂区域的掺杂浓度；所述上衬底中设置有电子掺杂部分，所述电子掺杂部分包括第一电子掺杂区域和第二电子掺杂区域，所述第一电子掺杂区域的掺杂浓度小于所述第二电子掺杂区域的掺杂浓度；所述锗硅波导的下端与所述第一空穴掺杂区域接触，上端与所述第一电子掺杂区域接触；所述第二空穴掺杂区域通过第一引线与位于氧化层表面的第一电极相连，所述第二电子掺杂区域通过第二引线与位于氧化层表面的第二电极相连。
所述第一电子掺杂区域的尺寸大于所述第二电子掺杂区域。
所述第一空穴掺杂区域的尺寸大于所述第二空穴掺杂区域。
所述第一转换器和第二转换器均为模斑转换器。
所述第一耦合器和第二耦合器均为V型对准槽。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明的硅光收发模块中发射模块的锗硅电吸收调制器和接收模块的锗硅探测器采用相同的结构，使光芯片的制作工艺更加的简化，降低了成本。本发明的锗硅电吸收调制器应用了Franz-Keldysh效应改变了吸收特性，使用锗硅电吸收调制器作为发射模块的核心器件，相对于传统的马赫曾德调制器，在尺寸上有着明显的优势；相对于微环调制器，电吸收调制器的光学带宽更大，同时器件更加稳定。
附图说明
图1是本发明实施方式的结构示意图；
图2是本发明实施方式中发射模块的结构示意图；
图3是本发明实施方式中接收模块的结构示意图；
图4是本发明实施方式中锗硅电吸收调制器截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块，如图1所示，包括电芯片部分和光芯片部分，其中，所述光芯片部分包括发射模块和接收模块，发射模块中的锗硅电吸收调制器与接收模块中的锗硅探测器，采用完全相同的垂直结构。
如图2所示，所述发射模块包括激光器、锗硅电吸收调制器、第一转换器和第一耦合器；所述锗硅电吸收调制器与所述电芯片部分相连，用于将所述激光器发出激光加载上经过所述电芯片部分的电信号成为光信号，所述光信号依次通过所述第一转换器和第一耦合器进入光传输部分。本实施方式中，第一转换器采用模斑转换器，第一耦合器采用V型对准槽，光传输部分采用光纤。由激光器发出激光，通过锗硅电吸收调制器后，锗硅电吸收调制器将激光加载上经过电芯片部分的驱动器放大后的电信号成为光信号，该光信号再通过模斑尺寸转换器转换为直径较大的模式场，最后经过V型对准槽耦合到光纤中。
如图3所示，所述接收模块包括锗硅探测器、第二转换器和第二耦合器。所述锗硅探测器与所述电芯片部分相连，用于探测依次经过第二耦合器和第二转换器的光信号，并将所述光信号转换为电信号。本实施方式中，第二转换器采用模斑转换器，第二耦合器采用V型对准槽。光信号由光纤进入V型对准槽，经过模斑转换器后进入锗硅探测器，锗硅探测器将光信号转换为电信号，电信号由电芯片部分进行处理。
本实施方式中锗硅电吸收调制器与锗硅探测器均采用垂直结构，应用了Franz-Keldysh(FK)效应，其原理是材料的禁带会随着外加电场的变化而发生改变，从而改变了吸收特性。具体结构截面如图4所示。
所述锗硅电吸收调制器包括衬底，所述衬底包括硅下衬底2和硅上衬底1，所述硅下衬底2的下表面设置有氧化层3，硅上衬底1的上表面设置有氧化层4，硅下衬底2和硅上衬底1之间设置有锗硅波导5和氧化层6；所述硅下衬底2上设置有空穴掺杂部分，所述空穴掺杂部分包括第一空穴掺杂区域7和第二空穴掺杂区域8，其中，所述第一空穴掺杂区域7的尺寸大于所述第二空穴掺杂区域8，所述第一空穴掺杂区域7的掺杂浓度小于所述第二空穴掺杂区域8的掺杂浓度，本实施方式中第一空穴掺杂区域7为空穴中掺杂区，第二空穴掺杂区域8为空穴重掺杂区。所述硅上衬底1中设置有电子掺杂部分，所述电子掺杂部分包括第一电子掺杂区域9和第二电子掺杂区域10，其中，所述第一电子掺杂区域9的尺寸大于所述第二电子掺杂区域10，所述第一电子掺杂区域9的掺杂浓度小于所述第二电子掺杂区域10的掺杂浓度，本实施方式中第一电子掺杂区域9为电子中掺杂区，第二电子掺杂区域10为电子重掺杂区。所述锗硅波导5的下端与所述第一空穴掺杂区域7接触，上端与所述第一电子掺杂区域9接触。本实施方式中，空穴掺杂部分和电子掺杂部分中心对称，该中心对称的对称点为所述锗硅波导的中心。所述第二空穴掺杂区域8通过第一引线11与位于上氧化层4表面的第一电极13相连，所述第二电子掺杂区域9通过第二引线12与位于上氧化层4表面的第二电极14相连。通过第一电极13和第二电极14能够与硅光收发模块中的电芯片部分相连。
不难发现，本发明的硅光收发模块中发射模块的锗硅电吸收调制器和接收模块的锗硅探测器采用相同的结构，使光芯片的制作工艺更加的简化，降低了成本。本发明的锗硅电吸收调制器应用了Franz-Keldysh效应改变了吸收特性，使用锗硅电吸收调制器作为发射模块的核心器件，相对于传统的马赫曾德调制器，在尺寸上有着明显的优势；相对于微环调制器，电吸收调制器的光学带宽更大，同时器件更加稳定。

Claims (6)

1.一种基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块，其特征在于，包括电芯片部分和光芯片部分，所述光芯片部分包括发射模块和接收模块；所述发射模块包括激光器、锗硅电吸收调制器、第一转换器和第一耦合器；所述锗硅电吸收调制器与所述电芯片部分相连，用于将所述激光器发出激光加载上经过所述电芯片部分的电信号成为光信号，所述光信号依次通过所述第一转换器和第一耦合器进入光传输部分；所述接收模块包括锗硅探测器、第二转换器和第二耦合器；所述锗硅探测器与所述电芯片部分相连，用于探测依次经过第二耦合器和第二转换器的光信号，并将所述光信号转换为电信号；所述锗硅电吸收调制器和所述锗硅探测器采用相同的垂直结构。
2.根据权利要求1所述的基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块，其特征在于，所述锗硅电吸收调制器包括衬底，所述衬底包括上衬底和下衬底，所述上衬底的上表面和下衬底的下表面设置有氧化层，所述下衬底的上表面和上衬底的下表面之间设置有锗硅波导和氧化层；所述下衬底上设置有空穴掺杂部分，所述空穴掺杂部分包括第一空穴掺杂区域和第二空穴掺杂区域，所述第一空穴掺杂区域的掺杂浓度小于所述第二空穴掺杂区域的掺杂浓度；所述上衬底中设置有电子掺杂部分，所述电子掺杂部分包括第一电子掺杂区域和第二电子掺杂区域，所述第一电子掺杂区域的掺杂浓度小于所述第二电子掺杂区域的掺杂浓度；所述锗硅波导的下端与所述第一空穴掺杂区域接触，上端与所述第一电子掺杂区域接触；所述第二空穴掺杂区域通过第一引线与位于氧化层表面的第一电极相连，所述第二电子掺杂区域通过第二引线与位于氧化层表面的第二电极相连。
3.根据权利要求2所述的基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块，其特征在于，所述第一电子掺杂区域的尺寸大于所述第二电子掺杂区域。
4.根据权利要求2所述的基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块，其特征在于，所述第一空穴掺杂区域的尺寸大于所述第二空穴掺杂区域。
5.根据权利要求1所述的基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块，其特征在于，所述第一转换器和第二转换器均为模斑转换器。
6.根据权利要求1所述的基于锗硅电吸收调制器的硅光收发模块，其特征在于，所述第一耦合器和第二耦合器均为V型对准槽。
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