CN114217460A

CN114217460A - 微盘调制器

Info

Publication number: CN114217460A
Application number: CN202111547035.3A
Authority: CN
Inventors: 张宇光; 肖希; 王磊; 胡晓; 陈代高
Original assignee: Wuhan Optical Valley Information Optoelectronic Innovation Center Co Ltd
Current assignee: Wuhan Optical Valley Information Optoelectronic Innovation Center Co Ltd
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2022-03-22

Abstract

本发明实施例提供的微盘调制器，包括：衬底层；位于所述衬底层上的平板波导层；并列设置在所述平板波导层中的耦合波导及微盘谐振结构，所述微盘谐振结构包括沿所述衬底层厚度方向依次层叠设置的第一掺杂结构和第二掺杂结构，所述第一掺杂结构与所述第二掺杂结构的掺杂类型相反，所述第二掺杂结构在预设平面的投影为圆形，所述预设平面垂直于所述衬底层厚度方向；以及与所述微盘谐振结构电连接的电极。

Description

微盘调制器

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种微盘调制器。

背景技术

借鉴于大规模集成电路的发展路线，国内外正在开展研究将有源器件(例如调制器、探测器等)和光波导器件(例如分光器/稠合器等)集成到一个衬底上，以实现具有类似大规模集成电路的优点的光子集成芯片。光子集成芯片具有低成本、小尺寸、低功耗、灵活扩展和高可靠性等特点。在光纤通信过程中，光的强度可以通过电光调制器进行控制，因此，电光调制器在光纤通信系统中占据了重要地位。同时，电光调制器也是光子集成芯片解决方案中的重要光电器件之一。

近年来，硅基电光调制器是电光调制器中重要的研究方向，在光通信领域中的光交叉连接(Optical Cross-connect，OXC)和光的差分复用(Optical Add-DropMultiplexer，OADM)等有着至关重要的作用。硅基电光调制器主要有两种，一种是电致折射率电光调制器，通过干涉仪或谐振装置实现相位到强度的变化，最终实现光信号的调制；另一种是电致吸收电光调制器，通过外加电场改变折射率的虚部，从而直接改变电光调制器中光波的强度变化，最终实现光信号的调制。

目前，己经有多种基于硅基的电光调制器被成功设计与制造出来，各项技术指标逐步提高，但综合性能相比于成熟的铌酸锂电光调制器还有一定差距，尚不能满足光互连和光通信的未来发展要求。具体地，由于硅材料本身的光电效应相对于其他材料非常弱，因而外加电场的变化使得硅材料折射率的改变比较小，为克服这一缺点需要增大电光调制器的尺寸才能实现较好的调制效果。为了实现小尺寸的集成，科研工作者研究了许多新颖的结构，其中微盘调制器是效果较为明显的结构。相关技术中，需要减小微盘调制器的尺寸的同时进一步提高减小微盘调制器的调制效率，进而提高光子集成芯片的集成度，降低制备成本。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种微盘调制器。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

所述微盘调制器，包括：

衬底层；

位于所述衬底层上的平板波导层；

并列设置在所述平板波导层中的耦合波导及微盘谐振结构，所述微盘谐振结构包括沿所述衬底层厚度方向依次层叠设置的第一掺杂结构和第二掺杂结构，所述第一掺杂结构与所述第二掺杂结构的掺杂类型相反，所述第二掺杂结构在预设平面的投影为圆形，所述预设平面垂直于所述衬底层厚度方向；以及

与所述微盘谐振结构电连接的电极。

上述方案中，所述第一掺杂结构包括第一掺杂区和与所述第一掺杂区掺杂类型相同且至少部分包围所述第一掺杂区的第二掺杂区；所述第二掺杂结构包括第三掺杂区和与所述第三掺杂区掺杂类型相同且包围所述第三掺杂区的第四掺杂区；其中，所述第一掺杂结构和所述第二掺杂结构通过所述第一掺杂区与所述第四掺杂区物理连接；所述第二掺杂区与所述第三掺杂区无物理接触。

上述方案中，所述第一掺杂结构在预设平面的投影为扇环形。

上述方案中，所述第一掺杂区、第二掺杂区包括N型掺杂，所述第三掺杂区、第四掺杂区包括P型掺杂。

上述方案中，所述耦合波导的顶面与所述第二掺杂结构的顶面齐平；所述第一掺杂结构位于所述平板波导层中且所述第一掺杂结构的顶面与所述平板波导层的顶面齐平。

上述方案中，所述电极包括第一电极、第二电极；其中，所述第一电极位于所述第二掺杂区中，所述第二电极位于所述第三掺杂区中。

上述方案中，所述耦合波导在所述预设平面的投影为长条形；所述第一掺杂区与所述第二掺杂区在所述预设平面的投影均为扇环形，所述第三掺杂区在所述预设平面的投影为圆形，所述第四掺杂区在所述预设平面的投影为环形。

上述方案中，所述第一掺杂区与所述第四掺杂区物理接触处的径宽范围为：300纳米～600纳米。

上述方案中，所述微盘调制器还包括覆盖所述平板波导层、耦合波导及微盘谐振结构的覆盖层，所述覆盖层的折射率小于所述平板波导层的折射率。

上述方案中，所述衬底层的材料包括二氧化硅；所述平板波导层的材料包括单晶硅；所述第一掺杂结构的材料包括单晶硅；所述第二掺杂结构的材料包括单晶硅。

本发明实施例提供的微盘调制器，包括：衬底层；位于所述衬底层上的平板波导层；并列设置在所述平板波导层中的耦合波导及微盘谐振结构，所述微盘谐振结构包括沿所述衬底层厚度方向依次层叠设置的第一掺杂结构和第二掺杂结构，所述第一掺杂结构与所述第二掺杂结构的掺杂类型相反，所述第二掺杂结构在预设平面的投影为圆形，所述预设平面垂直于所述衬底层厚度方向；以及与所述微盘谐振结构电连接的电极。本发明实施例中通过沿衬底层厚度方向依次层叠设置的第一掺杂结构和第二掺杂结构，在第一掺杂结构和第二掺杂结构的交界处形成垂直PN结电学调制结构，该垂直PN结电学调制结构可以增大PN结耗尽区和光波模场之间的重叠区域，提高光波与载流子的相互作用，从而提高调制效率；同时，该垂直PN结电学调制结构，能够减少调制结构所占的尺寸，从而减小微盘调制器的尺寸，进而提高光子集成芯片的集成度，降低制备成本。此外，相对于具有垂直PN结的微环调制器，微盘调制器结构简单，不需要在形成单晶硅微环后继续在硅材料上形成多晶硅微环。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种微盘调制器的剖面示意图；

图2为图1中沿A-A方向的截面示意图；

图3为图1中沿B-B方向的截面示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“深度”、“上”、“下”、“外”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装置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。

在本发明实施例中，术语“衬底”是指在其上添加后续材料层的材料。衬底本身可以被图案化。被添加在衬底顶部的材料可以被图案化或者可以保持未被图案化。此外，衬底可以包括多种半导体材料，例如硅、锗、砷化嫁、磷化铟等。替代地，衬底可以由非导电材料制成，例如玻璃、塑料或蓝宝石晶圆。

在本发明实施例中，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在下方或上方结构的整体之上延伸，或者可以具有小于下方或上方结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构厚度的均质或非均质连续结构的区域。例如，层可位于连续结构的顶表面和底表面之间，或者层可在连续结构顶表面和底表面处的任何水平面对之间。层可以水平、垂直和/或沿倾斜表面延伸。层可以包括多个子层。例如，互连层可包括一个或多个导体和接触子层(其中形成互连线和/或过孔触点)、以及一个或多个电介质子层。

在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

需要说明的是，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

在光通信系统中，电光调制器是一种关键器件。目前商用的电光调制器一般有三种：基于铌酸锂的电光调制器、基于Ⅲ-Ⅴ族材料的电光调制器和硅基电光调制器。但是传统的铌酸锂调制器调制效率较低，调制器尺寸很大；基于Ⅲ-Ⅴ族材料的电光调制器的制作成本很高。而硅基调制器则可以与目前已经成熟的互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺相兼容，因此可以大规模加工制备，降低电光调制器的制备成本。

由于硅材料的中心对称结构，不存在泡克尔斯(Pockels)效应，而硅材料的克尔(Kerr)效应和弗朗兹-凯尔迪什(Franz-Keldish)效应也极其微弱；即使施加10⁵V/cm的电场，产生的折射率改变仍小于10^-5，利用Kerr效应和Franz-Keldish效应来实现电光调制作用并不现实。因此，在硅材料中，最有效的电光效应就是等离子体色散(PlasmaDispersion)效应。这一效应可以表示为：材料的折射率随材料中的载流子浓度的增大而减小，材料对光场的吸收系数随着载流子浓度的增大而增大。利用这一效应，通过外加电压信号改变硅波导中的载流子浓度，可以改变光在波导中的传输特性，再通过一定的光学结构，如微盘谐振腔等，便能达到电光调制的目的。由于等离子体色散效应在电光调制器中相当显著，目前硅基电光调制器主要是通过硅材料中自由载流子的等离子体色散效应实现的。

相关技术中，考虑到等离子体色散效应调制器的调制效率很低，为了达到理想的调制深度，需要把调制器设计得很长，长度一般为几个毫米，从而导致调制器的尺寸很大，难以进一步提高集成度，进而增加制备成本。采用谐振结构如微环谐振腔、微盘谐振腔或光子晶体谐振腔等可以大大降低调制器的尺寸。基于微环及微盘的调制器有着体积小、灵敏度高、易于集成的优点，一直受到业内科研人员的关注。通常微环调制器包括环形波导构成的微环谐振腔；微盘调制器包括圆盘形谐振腔。

相关技术中，微盘调制器一般包括沿水平方向(平行于衬底层的表面)并列设置的P型掺杂区和N型掺杂区，所述P型掺杂区和N型掺杂区构成侧向PN结。由于侧向PN结制备更加容易，因此微盘调制器一般采用侧向PN结。但是侧向PN结与光场的相互作用较小，会导致微盘调制器的调制效率较低，从而影响微盘调制器的尺寸。

基于此，本发明实施例中旨在提供一种超小型微盘调制器。本发明实施例中通过沿衬底层厚度方向依次层叠设置的第一掺杂结构和第二掺杂结构，在第一掺杂结构和第二掺杂结构的交界处形成垂直(垂直于衬底层的表面)PN结电学调制结构，该垂直PN结电学调制结构可以增大PN结耗尽区和光波模场之间的重叠区域，提高光波与载流子的相互作用，从而提高调制效率；同时，该垂直PN结电学调制结构，能够减少调制结构所占的尺寸，从而减小微盘调制器的尺寸，进而提高光子集成芯片的集成度，降低制备成本。此外，相对于具有垂直PN结的微环调制器，微盘调制器结构简单，不需要在形成单晶硅微环后继续在硅材料上形成多晶硅微环。

本发明实施例提供了一种微盘调制器，包括：

衬底层；

位于所述衬底层上的平板波导层；

与所述微盘谐振结构电连接的电极。

实际应用中，所述微盘谐振结构的工作原理一般为：在电极输送的电压的作用下，对从所述耦合波导的一端输入并耦合至微盘谐振结构中的光进行调制，调制后的光从所述耦合波导的另一端输出。

图1为本发明实施例提供的一种微盘调制器的剖面示意图。如图1所示，所述微盘调制器包括：衬底层10；位于所述衬底层10上的平板波导层20；并列设置在所述平板波导层20中的耦合波导30及微盘谐振结构40，所述微盘谐振结构40包括沿所述衬底层10厚度方向依次层叠设置的第一掺杂结构41和第二掺杂结构42，所述第一掺杂结构41与所述第二掺杂结构42的掺杂类型相反，所述第二掺杂结构42在预设平面的投影为圆形，所述预设平面垂直于所述衬底层10厚度方向；以及与所述微盘谐振结构40电连接的电极50。

这里，所述衬底层10用于支撑所述平板波导层20并将光限制在所述平板波导层20中的波导结构中。实际应用中，所述衬底层10的材料可以包括但不限于二氧化硅。

所述平板波导层20的材料可以包括但不限于单晶硅。需要说明的是，所述平板波导层20对光的折射率大于与所述平板波导层20相邻的包层材料而产生波导效应。这里，所述包层材料包括所述衬底层10及与所述平板波导层20相邻的其它材料。

所述耦合波导30用于接收入射光和输出出射光。实际应用中，所述耦合波导30的材料可以包括单晶硅。所述耦合波导30在预设平面的投影包括长条形，所述耦合波导30和所述平板波导层20构成条形脊波导，从而更好地限制光波模场的范围；这里，所述预设平面垂直于所述衬底层10厚度方向。需要说明的是，在本发明各实施例中，不对耦合波导30的具体结构进行限制。具体来说，本发明实施例中的微盘调制器的耦合波导30可以包括条形脊波导、条形波导、L型波导中的其中一种，或者其它等同效果的波导结构。

所述微盘谐振结构40包括沿所述衬底层10厚度方向依次层叠设置的第一掺杂结构41和第二掺杂结构42，所述第一掺杂结构41与所述第二掺杂结构42的掺杂类型相反。所述第一掺杂结构41与所述第二掺杂结构42的材料可以包括单晶硅。

这里，所述微盘谐振结构40用于在电极50输送的电压的作用下，对从所述耦合波导30的一端输入并耦合至微盘谐振结构40中的光进行调制，调制后的光从所述耦合波导30的另一端输出。具体地，所述第一掺杂结构41与所述第二掺杂结构42的掺杂类型相反，从而在第一掺杂结构41和第二掺杂结构42的物理交界处形成垂直PN结电学调制结构。根据PN结中自由载流子扩散与漂移效应可知，当对所述微盘谐振结构40中的PN结施加正向偏压时，受外加电场的作用将会有电流注入到PN结耗尽区，从而导致PN结耗尽区中的自由载流子浓度急剧增大；当对所述微盘谐振结构40中的PN结施加反向偏压时，分布在PN结中的自由载流子就会被抽走。同时，根据硅材料的等离子体色散效应可知，当硅材料中自由载流子浓度发生变化时，将导致硅材料的折射率发生变化。因此，PN结中自由载流子浓度的变化将导致PN结区波导材料的折射率发生变化。当对所述微盘谐振结构40施加外加电压时，PN结中自由载流子浓度会发生变化，从而导致硅材料的折射率发生变化，使得光波导内传输的光信号的波长发生偏移，从而形成对光信号的调制效果。

实际应用中，所述第二掺杂结构42在预设平面的投影为圆形，所述第一掺杂结构41在预设平面的投影为扇环形或环形，所述预设平面垂直于所述衬底层10厚度方向。

实际应用中，所述耦合波导30与所述微盘谐振结构40距离较近(通常为几百纳米)，所述耦合波导30一端输入的光可以通过倏逝波的形式，耦合到所述微盘谐振结构40中。也就是说，在耦合波导30中的光波模场会与所述微盘谐振结构40中的波导发生耦合，有一部分光渗透到微盘谐振腔之中。当渗透到微盘谐振腔中的光满足一定条件时，可以在所述微盘谐振腔中发生谐振并且由于正反馈的作用不断加强，同时部分光也会耦合出微盘进入耦合波导30中；如果不满足一定条件，则所述微盘谐振腔中的光会不断削弱。另一部分没有耦合到所述微盘谐振腔中的光会从所述耦合波导30的另一端输出。实际应用中，当传输光的波长与微盘半径、微盘中传输光的有效折射率等参数满足特定关系时，光才可以在微盘中发生谐振并且由于正反馈的作用不断加强。

实际应用中，外加电压通过所述电极50施加在所述微盘谐振结构40上。

实际应用中，在微环半径与微盘半径相同的条件下，相对于微环调制器，微盘调制器的调制效率更高。这是因为，如果制造工艺相同，微环谐振腔有两个侧壁表面，而微盘谐振腔相对地只有一个外侧表面。这样，对于微环调制器来说，由于制造导致的侧壁表面粗糙所引起的光散射更强，从而所导致的光损失会更强，因此微盘调制器的调制效率更高。此外，相对于具有垂直PN结的微环调制器，所述微盘调制器结构简单，不需要在形成单晶硅微环后继续在硅材料上形成多晶硅微环。

本发明实施例中，对微盘谐振结构40进行了特殊设计，即通过沿衬底层10厚度方向依次层叠设置的第一掺杂结构41和第二掺杂结构42，从而在第一掺杂结构41和第二掺杂结构42的物理交界处形成垂直PN结电学调制结构。可以理解的是，在本发明所提供的微盘谐振结构40中，垂直PN结电学调制结构可以增大PN结耗尽区和光波模场之间的重叠区域，提高光波与载流子的相互作用，从而提高调制效率；同时，该垂直PN结电学调制结构，能够减少调制结构所占的尺寸，从而减小微盘调制器的尺寸，进而提高光子集成芯片的集成度，降低制备成本。此外，相对于具有垂直PN结的微环调制器，微盘调制器结构简单，不需要在形成单晶硅微环后继续在硅材料上形成多晶硅微环。

在一实施例中，所述第一掺杂结构41包括第一掺杂区41A和与所述第一掺杂区41A掺杂类型相同且至少部分包围所述第一掺杂区41A的第二掺杂区41B；所述第二掺杂结构42包括第三掺杂区42A和与所述第三掺杂区42A掺杂类型相同且包围所述第三掺杂区42A的第四掺杂区42B；其中，所述第一掺杂结构41和所述第二掺杂结构42通过所述第一掺杂区41A与所述第四掺杂区42B物理连接；所述第二掺杂区41B与所述第三掺杂区42A无物理接触。

实际应用中，所述第一掺杂区41A、第二掺杂区41B在所述预设平面的投影为扇环形或环形；所述第三掺杂区42A在所述预设平面的投影为圆形，所述第四掺杂区42B在所述预设平面的投影为包围所述第一掺杂区41A的环形。这里，当所述第一掺杂区41A、第二掺杂区41B在所述预设平面的投影为扇环形时，所述第二掺杂区41B部分包围所述第一掺杂区41A；当所述第一掺杂区41A、第二掺杂区41B在所述预设平面的投影为环形时，所述第二掺杂区41B完全包围所述第一掺杂区41A。

实际应用中，所述第一掺杂区41A与所述第二掺杂区41B直接接触，构成第一掺杂结构41；所述第三掺杂区42A与所述第四掺杂区42B直接接触，构成第二掺杂结构42。所述第一掺杂结构41和所述第二掺杂结构42通过所述第一掺杂区41A与所述第四掺杂区42B物理连接形成垂直PN结；所述垂直PN结中载流子浓度的变化导致PN结区域波导材料折射率的变化。所述第一掺杂结构41和第二掺杂结构42构成微盘谐振腔。所述微盘谐振腔能够将光波限制在很小的范围内，大大降低电光调制器的尺寸。

实际应用中，所述第一掺杂区41A为轻掺杂区，所述第二掺杂区41B为重掺杂区；所述第四掺杂区42B为轻掺杂区，所述第三掺杂区42A为重掺杂区。可以理解的是，所述第二掺杂区41B的掺杂浓度高于第一掺杂区41A的掺杂浓度，所述第三掺杂区42A的掺杂浓度高于所述第四掺杂区42B的掺杂浓度，从而可以减小电极与掺杂区域的接触电阻，进一步提高微盘调制器的效率。

实际应用中，所述耦合波导30的顶面高于所述平板波导层20的顶面。可以理解的是，所述耦合波导30的顶面高于所述平板波导层20的顶面，从而所述耦合波导30与所述平板波导层20构成脊波导结构。

在一实施例中，如图2所示，所述第一掺杂结构41在所述预设平面的投影为扇环形。如此，相对于所述第一掺杂结构41在所述预设平面的投影为环形的情形，可以减少所述第一掺杂结构41与所述耦合波导30的交叠区域，从而减少所述耦合波导30中的光损失。

实际应用中，所述第一掺杂区41A、第二掺杂区41B既可以包括N型掺杂，也可以包括P型掺杂；对应的，所述第三掺杂区42A、第四掺杂区42B既可以包括P型掺杂，也可以包括N型掺杂。

在一实施例中，所述第一掺杂区41A、第二掺杂区41B包括N型掺杂，所述第三掺杂区42A、第四掺杂区42B包括P型掺杂。其中，所述第一掺杂区41A为N型轻掺杂区，第二掺杂区41B为N型重掺杂区；所述第三掺杂区42A为P型重掺杂区，第四掺杂区42B为P型轻掺杂区。这里，相对于第四掺杂区42B包括N型掺杂，第一掺杂区41A包括P型掺杂的情况，在同样的电压下，P型掺杂区载流子为空穴，从而可以产生更多的折射率变化，同时损耗更低。因此，当靠近所述耦合波导30的第四掺杂区42B包括P型掺杂时，微环调制器调制效率更高。

实际应用中，所述第一掺杂区41A(N型轻掺杂区)与所述第四掺杂区42B(P型轻掺杂区)物理接触形成垂直PN结，所述垂直PN结中耗尽区靠近所述P型轻掺杂区中的载流子类型为电子。当在电极50上外加反向偏压时，分布在PN结中的载流子就会被抽走。在上述实施例中，由于P型轻掺杂区，即第四掺杂区42B更靠近耦合波导30，从而第四掺杂区42B中载流子与光波的相互作用更强，同时，由于电子的迁移率远远大于空穴的迁移率，当在PN结上施加外加电压时，P型轻掺杂区附近的载流子会更快地被抽走，即第第四掺杂区42B中的载流子浓度变化更快。因此，当靠近耦合波导30的第四掺杂区42B中载流子的浓度变化速率更快时，调制速度更快。也就是说，当靠近所述耦合波导30的第四掺杂区42B为P型轻掺杂区时，微盘调制器的调制速度更快。

在一实施例中，所述耦合波导30的顶面与所述第二掺杂结构42的顶面齐平。一方面，所述耦合波导30的顶面与所述第二掺杂结构42的顶面齐平，可以增强耦合效果，提高光波模场与载流子的相互作用；另一方面，所述耦合波导30与所述第二掺杂结构42可以在同一制程中完成，从而简化工艺。

在一实施例中，所述第一掺杂结构41位于所述平板波导层20中且所述第一掺杂结构41的顶面与所述平板波导层20的顶面齐平。实际应用中，所述第一掺杂结构41与所述平板波导层20的材料相同，在形成所述平板波导层20后对部分平板波导层20进行掺杂得到所述第一掺杂结构41。可以理解的是，所述第一掺杂结构41与所述平板波导层20可以在同一制程中完成，从而简化工艺。此外，可以避免所述第一掺杂结构41与所述平板波导层20之间结构突变而导致的光损失。

在一实施例中，如图2及图3所示，所述耦合波导30在所述预设平面的投影为长条形；所述第一掺杂区41A与所述第二掺杂区41B在所述预设平面的投影均为扇环形，所述第三掺杂区42A在所述预设平面的投影为圆形，所述第四掺杂区42B在所述预设平面的投影为环形。也就是说，所述微盘谐振结构40包括圆盘形调制区，所述圆盘形调制区通过外加电压改变载流子的浓度，进而改变调制区的有效折射率，实现光的相长和相消。

需要说明的是，图1、图2及图3仅为本发明实施例提供的微盘调制器的一种示例，不用来限制本发明中微盘调制器的结构。

实际应用中，所述耦合波导30可以为直波导，光波从直波导的输入端进入，且满足谐振条件时，光波被耦合进微盘中；当输入端的光波不满足谐振条件时，光波就不会被耦合进微盘中。

在一实施例中，所述第一掺杂区41A与所述第四掺杂区42B物理接触处的径宽范围可以为：300纳米～600纳米。

实际应用中，为了提高微盘调制器的效率，PN结的宽度应尽量覆盖微盘中光波模场的范围，但是PN结的宽度也不能太大，否则会导致微盘调制器带宽降低，一般PN的宽度选取在300纳米到600纳米之间。上述实施例中，在所述第一掺杂区41A与所述第四掺杂区42B物理接触处形成垂直PN结，所述PN结的宽度即为所述第一掺杂区41A与所述第四掺杂区42B物理接触处的径宽。

在一实施例中，所述电极50包括第一电极51、第二电极52；其中，所述第一电极51位于所述第二掺杂区41B中，所述第二电极52位于所述第三掺杂区42A中。这里，所述第一电极51和所述第二电极52分别为正负电极，与所述微盘谐振结构40连接形成回路。所述第一电极51和所述第二电极52的材料可以包括至少一种导电材料，诸如，金、铜、铝、银和/或其他适当金属材料。

实际应用中，所述第一电极51在所述预设平面的投影为扇环形；所述第二电极52在所述预设平面的投影为圆形。也就是说，所述第一电极51的形状包括扇环柱形；所述第二电极52的形状包括圆柱形。需要说明的是，第一电极51、所述第二电极52也可以包括其它形状。

在一实施例中，所述微盘调制器还包括覆盖所述平板波导层20、耦合波导30及微盘谐振结构40的覆盖层11，所述覆盖层11的折射率小于所述平板波导层20的折射率。这里，所述覆盖层11的材料包括二氧化硅。需要说明的是，所述微盘调制器可以包括或不包括覆盖层11；所述微盘调制器包括覆盖层11时，所述覆盖层11的材料可以选自折射率小于所述平板波导层20的折射率的任意材料。

需要说明的是，本发明实施例提供的方案适用于硅基微盘调制器，同时基于Ⅲ-Ⅴ族材料如砷化镓(GaAs)、铟化磷(InP)以及P型掺杂的氮化镓(GaN)等的微盘调制器亦可适用。

本发明实施例提供的微盘调制器，包括：衬底层；位于所述衬底层上的平板波导层；并列设置在所述平板波导层中的耦合波导及微盘谐振结构，所述微盘谐振结构包括沿所述衬底层厚度方向依次层叠设置的第一掺杂结构和第二掺杂结构，所述第一掺杂结构与所述第二掺杂结构的掺杂类型相反；以及与所述微盘谐振结构电连接的电极。本发明实施例中通过沿衬底层厚度方向依次层叠设置的第一掺杂结构和第二掺杂结构，在第一掺杂结构和第二掺杂结构的交界处形成垂直PN结电学调制结构，该垂直PN结电学调制结构可以增大PN结耗尽区和光波模场之间的重叠区域，提高光波与载流子的相互作用，从而提高调制效率；同时，该垂直PN结电学调制结构，能够减少调制结构所占的尺寸，从而减小微盘调制器的尺寸，进而提高光子集成芯片的集成度，降低制备成本。此外，相对于具有垂直PN结的微环调制器，微盘调制器结构简单，不需要在形成单晶硅微环后继续在硅材料上形成多晶硅微环。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种微盘调制器，其特征在于，包括：

衬底层；

位于所述衬底层上的平板波导层；

与所述微盘谐振结构电连接的电极。

2.根据权利要求1所述的微盘调制器，其特征在于，

所述第一掺杂结构包括第一掺杂区和与所述第一掺杂区掺杂类型相同且至少部分包围所述第一掺杂区的第二掺杂区；所述第二掺杂结构包括第三掺杂区和与所述第三掺杂区掺杂类型相同且包围所述第三掺杂区的第四掺杂区；其中，所述第一掺杂结构和所述第二掺杂结构通过所述第一掺杂区与所述第四掺杂区物理连接；所述第二掺杂区与所述第三掺杂区无物理接触。

3.根据权利要求1所述的微盘调制器，其特征在于，

所述第一掺杂结构在预设平面的投影为扇环形。

4.根据权利要求2所述的微盘调制器，其特征在于，

所述第一掺杂区、第二掺杂区包括N型掺杂，所述第三掺杂区、第四掺杂区包括P型掺杂。

5.根据权利要求2所述的微盘调制器，其特征在于，

所述耦合波导的顶面与所述第二掺杂结构的顶面齐平；所述第一掺杂结构位于所述平板波导层中且所述第一掺杂结构的顶面与所述平板波导层的顶面齐平。

6.根据权利要求2所述的微盘调制器，其特征在于，所述电极包括第一电极、第二电极；其中，所述第一电极位于所述第二掺杂区中，所述第二电极位于所述第三掺杂区中。

7.根据权利要求2所述的微盘调制器，其特征在于，所述耦合波导在所述预设平面的投影为长条形；所述第一掺杂区与所述第二掺杂区在所述预设平面的投影均为扇环形，所述第三掺杂区在所述预设平面的投影为圆形，所述第四掺杂区在所述预设平面的投影为环形。

8.根据权利要求7所述的微盘调制器，其特征在于，

所述第一掺杂区与所述第四掺杂区物理接触处的径宽范围为：300纳米～600纳米。

9.根据权利要求1所述的微盘调制器，其特征在于，所述微盘调制器还包括覆盖所述平板波导层、耦合波导及微盘谐振结构的覆盖层，所述覆盖层的折射率小于所述平板波导层的折射率。

10.根据权利要求1所述的微盘调制器，其特征在于，所述衬底层的材料包括二氧化硅；所述平板波导层的材料包括单晶硅；所述第一掺杂结构的材料包括单晶硅；所述第二掺杂结构的材料包括单晶硅。