CN114815085B - 一种光模块及硅光芯片的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光模块，包括电路板及与电路板电连接的硅光芯片，硅光芯片包括硅衬底、设置于硅衬底上的光耦合器、输入波导、耦合波导、PN型掺杂区、Ge吸收区及金属电极，输入波导设置于硅衬底上，与光耦合器的输出端连接；耦合波导设置于输入波导下方，与输入波导的输出端连接，且其厚度尺寸小于输入波导的厚度尺寸；PN型掺杂区设置于耦合波导上，与耦合波导连接；Ge吸收区设置于PN掺杂区，与PN型掺杂区连接，用于吸收传输的光信号并将光信号转换为电信号；金属电极设置于硅衬底上，与PN型掺杂区相接触，用于传输电信号。本申请通过特殊波导结构和Ge探测器设计，同时实现了高调制带宽和高光响应度，并且无需额外复杂工艺。

Description

一种光模块及硅光芯片的制作方法
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块及硅光芯片的制作方法。
背景技术
随着云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式发展，光通信技术的发展进步变的愈加重要。而在光通信技术中，光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一，并且随着光通信技术发展的需求光模块的传输速率不断提高。
硅光集成技术能够在同一SOI芯片中集成调制器、探测器和无源波导器件，因为其具有与CMOS兼容、集成度高和成本低的优势在光通信领域中获得了广泛的应用。随着数据中心的发展和建设，高速高容量的硅光集成技术受到了广泛的关注，在数通领域尤其是高密度封装集成方面有着巨大的应用场景。在下一代高速光电集成芯片中，能够实现单波200Gbps的传输容量，要求器件带宽大于70GHz。在当前硅光集成芯片中，Ge/Si高速探测器能够实现1A/W的响应度，3dB调制带宽40GHz，不能不能下一代大于等于单波200Gbps的应用要求。
针对此问题，在目前的同行中，可以通过降低Ge本征区域的厚度来进一步提高带宽，虽然可以将带宽提高，但同时会带来响应度的降低，从而恶化接收灵敏度。另外，也可以通过额外的波长工艺实现端面耦合来提高响应度，但工艺相对复杂。
发明内容
本申请提供了一种光模块及硅光芯片的制作方法，以解决目前光模块中高速探测器带宽不足和响应度不足的问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例公开了一种光模块，包括：
电路板；
硅光芯片，与所述电路板电连接，用于接收光纤传输的信号光并对所述信号光进行电光转换；
其中，所述硅光芯片包括：
硅衬底；
光耦合器，设置于所述硅衬底上，用于将所述光纤传输的信号光耦合至所述硅光芯片；
输入波导，设置于所述硅衬底上，与所述光耦合器的输出端电连接，用于传输所述光耦合器接收的光信号；
耦合波导，设置于所述输入波导下方，与所述输入波导的输出端电连接，且其厚度尺寸小于所述输入波导的厚度尺寸；用于传输所述输入波导输出的光信号；
PN型掺杂区，设置于所述耦合波导上，与所述耦合波导电连接，用于接收所述耦合波导传输的光信号；
Ge吸收区，设置于所述PN型掺杂区上，与所述PN型掺杂区电连接，用于吸收传输的光信号并将所述光信号转换为电信号；
金属电极，设置于所述硅衬底上，与所述PN型掺杂区相接触，用于传输所述电信号。
第二方面，本申请实施例还提供了一种硅光芯片的制作方法，所述方法包括：
提供一硅衬底；
在所述硅衬底上制作输入波导；
在所述输入波导的输入端制作光耦合器、输出端制作耦合波导；
在所述耦合波导上制作P型、N型掺杂区域；
在所述P型、N型掺杂区域制作Ge吸收区；
在所述硅衬底设置N区金属电极与P区金属电极，所述N区金属电极与所述N型掺杂区域相接触，所述P区金属电极与所述P型掺杂区域相接触。
本申请提供的光模块包括电路板及与电路板电连接的硅光芯片，硅光芯片用于接收光纤传输的信号光并对信号光进行电光转换；其中，硅光芯片包括硅衬底、光耦合器、耦合波导、PN型掺杂区、Ge吸收区及金属电极，光耦合器设置于硅衬底上，用于将光纤传输的信号光耦合至硅光芯片；输入波导设置于硅衬底上，与光耦合器的输出端电连接，用于传输光耦合器接收的光信号；耦合波导，设置于输入波导下方，与输入波导的输出端连接，且其厚度尺寸小于输入波导的厚度尺寸；用于传输输入波导输出的光信号；PN型掺杂区设置于耦合波导上，与耦合波导连接，用于接收耦合波导传输的光信号；Ge吸收区设置于PN型掺杂区上，与PN型掺杂区电连接，用于吸收传输的光信号并将光信号转换为电信号；金属电极设置于硅衬底上，与PN型掺杂区相接触，用于传输电信号。本申请实施例提供的光模块基于硅光子集成平台，将输入波导与耦合波导上下层设置，Ge吸收区设置于厚度较小的耦合波导上方，如此可降低Ge吸收区的厚度，提高电子在Ge吸收区内的电子移动速率，实现高调制带宽的功能；另外，耦合波导的厚度较小导致Ge吸收区的波导有效折射率大于耦合波导的有效折射率，可以将光场绝大部分耦合进Ge吸收区中进行探测吸收，因此可以实现很高的光响应度。本申请通过特殊波导结构和Ge探测器设计，可同时实现高调制带宽和高光响应度，并且无需额外复杂工艺。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为光通信终端连接关系示意图；
图2为光网络终端结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种光模块的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种光模块的分解示意图；
图5为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片的结构示意图；
图6为图5中A-A’、B-B’、C-C’、D-D’处的剖视图；
图7为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片的制作方法流程图；
图8为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片的制作工艺结构图；
图9为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片的另一种制作工艺结构图；
图10为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片的另一结构示意图；
图11为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片的再一结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。
光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、I2C信号、数据信息以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。
图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接。
光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。
光模块200的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接。具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。
光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接。具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。
至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。
常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。
图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106内部设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等第一凸台部。
光模块200插入光网络终端100中，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。
笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。
图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本申请实施例提供的光模块的分解示意图。如图3、图4所示，本申请实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁部件203、电路板300与硅光芯片400。
上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体。具体地，下壳体202包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体201盖合在下壳体202上。
两个开口具体可以是位于光模块同一端的两端开口(204、205)，也可以是在光模块不同端的两处开口；其中一个开口为电口204，电路板的金手指从电口204伸出，插入光网络终端等上位机中；另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块内部的硅光芯片400；电路板300、硅光芯片400等光电器件位于包裹腔体中。
采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板300、硅光芯片400等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利用实现电磁屏蔽以及散热，一般不会将光模块的壳体做成一体部件，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽部件无法安装，也不利于生产自动化。
解锁部件203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。
解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合部件；拉动解锁部件203的末端可以在使解锁部件203在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件203的卡合部件将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件203，解锁部件203的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。
电路板300上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、MOS管)及芯片(如MCU、激光驱动芯片、限幅放大芯片、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP)等。
电路板300用于提供信号电连接的信号电路，信号电路可以提供信号。电路板300通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。
电路板一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光收发组件位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。
部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发组件之间可以采用柔性电路板连接。
硅光集成技术能够在同一SOI芯片中集成调制器、探测器和无源波导器件，因为其具有与CMOS兼容、集成度高和成本低的优势在光通信领域中获得了广泛的应用。近些年随着数据中心的发展和建设，高速高容量的硅光集成技术受到了广泛的关注，在数通领域尤其是高密度封装集成方面有着巨大的应用前景。在下一代高速光电集成芯片中，能够实现单波200Gbps的传输容量，要求器件带宽大于70GHz。在当前硅光集成芯片中，Ge/Si高速探测器能够实现1A/W的响应度，3dB调制带宽40GHz，不能满足下一代大于等于单波200Gbps的应用要求。
针对此问题，在目前的同行中，可以通过降低Ge本征区域的厚度来进一步提高宽带，虽然可以将带宽提高，但同时会带来响应度的降低，从而恶化接收灵敏度。另外，也可以通过额外的波长工艺实现端面耦合来提高响应度，但工艺相对复杂。
为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种光模块，该光模块基于硅光子集成平台，在硅光子集成平台上集成了光耦合器、输入波导、耦合波导、PN型掺杂区、Ge吸收区与金属电极，输入波导与耦合波导位于上下层，PN型掺杂区制作于耦合波导上，从而可降低Ge吸收区的厚度，实现光模块的光调制带宽和高光响应度功能，并且无需复杂的波导工艺。
图5为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片400的结构示意图，图6为图5中A-A剖面示意图。如图5、图6所示，本申请实施例提供的硅光芯片400包括硅衬底410与SiO2层420，SiO2层420设置于硅衬底410的上方，以方便在硅衬底410与SiO2层420上进行刻蚀，从而实现信号光的接收。
硅衬底410与SiO2层420形成的硅光芯片400上设置光耦合器430、输入波导440、耦合波导450、PN型掺杂区460、Ge吸收区4603与金属电极，光耦合器430设置于硅衬底410的一侧，用于将光纤101传输的信号光耦合至硅光芯片400。具体地，硅光芯片400与光纤101之间设置有光纤适配器，光纤适配器的一端与光纤101连接、另一端与硅光芯片400上的光耦合器430连接，通过光纤适配器将光纤101传输的信号光耦合至光耦合器430内。在本申请实施例中，光耦合器430可以为光栅耦合器、端面耦合器或其他光耦合器件。
输入波导440的输入端与光耦合器430的输出端连接，光耦合器430接收的信号光在硅光芯片400内通过输入波导440传输。在本申请实施例中，输入波导440采用多层或多层垂直波导结构设计，利用拉锥形绝热波导设计，即输入波导440的输入端宽度大于其输出端的宽度，使得输入波导440的输出端为锥形，从而将耦合进硅光芯片400中的外部或光纤101中的高速光信号光耦合至耦合波导450。
输入波导440位于光信号接收光路方向上，其与耦合波导450连接处的输入波导440两边的边界离中线的距离逐渐减小，从而形成了锥形结构，折射率保持不变。基于耦合膜理论，当较小芯层尺寸的光波导耦合进较大芯层尺寸的光波导时，其耦合效率可达100％，从而将通过拉锥形输入波导耦合进硅光芯片400中的外部或光纤中的高速光信号耦合进下层较薄的耦合波导450中传输。
耦合波导450设置于输入波导440的下方，且耦合波导450的输入端与输入波导440的输出端相连接，耦合波导450输入端的宽度尺寸大于输入波导440输出端的宽度尺寸，使得输入波导440传输的光信号能够全部传输至耦合波导450内。在本申请实施例中，耦合波导450与输入波导440上下层设置，耦合波导450位于输入波导440的上层，耦合波导450的厚度尺寸小于输入波导440的厚度尺寸，且输入波导440、耦合波导450连接处的厚度尺寸与输入波导440输入端的厚度尺寸相同。
在硅光子集成平台上，输入波导440的输入端厚度尺寸一般为220nm，输入波导440、耦合波导450连接处的厚度尺寸与输入波导440输入端的厚度尺寸相同，如此耦合波导450的厚度尺寸小于220nm，可为90nm，或130nm。
PN型掺杂区460设置于耦合波导450上，与耦合波导450电连接。具体地，较薄的耦合波导450远离输入波导440的一侧可为方形波导，PN型掺杂区460置于该方形波导上，该PN型掺杂区460包括N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604，N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604沿光接收光路方向依次设置。即在耦合波导450一侧的方形波导区域内分别进行P型和N型离子掺杂，形成探测器P区和N区，该P型和N型掺杂区域可以相连接呈中心对称分布，也可以间隔一定距离，只要能形成PN结构即可。
在本申请实施例中，在耦合波导450一侧的方形波导区域内沿硅光芯片400的宽度方向进行P型和N型离子掺杂，如此输入波导440将高速光信号耦合至耦合波导450内进行传输，光信号传输至方形波导区域时，N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604接收到光信号后引起离子移动。
Ge吸收区4603设置于PN型掺杂区460上，与PN型掺杂区460电连接，用于吸收传输的光信号并将光信号转换为电信号。具体地，Ge吸收区4603设置于N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604上方，且Ge吸收区4603分别与N型轻掺杂区4601、P型轻掺杂区4604电连接。即在N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604上方选择性生成Ge薄膜作为探测器光吸收区，光信号穿过N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604时，会被Ge吸收区4603所吸收，产生电子空穴对，这些光生的载流子在电场作用下，就会向两边电极运动，从而形成光生电流。该Ge薄膜的横截面形状按照晶体生长角度要求为三角形或梯形，如此可降低Ge吸收区4603的宽度，从而能够在N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604下，在Ge吸收区4603内部形成很强的电场强度，提高电离子的移动速率，从而实现大于100GHz的调制带宽。
当Ge吸收区4603的厚度较高时，电离子在Ge吸收区4603的吸收速率较低，使得调制带宽较低；当Ge吸收区4603的厚度较低时，电离子在Ge吸收区4603的吸收速率较高，使得调制带宽较高。在本申请实施例中，Ge吸收区4603置于耦合波导450与PN型掺杂区460上层，可降低Ge吸收区4603的厚度，如此可提高Ge吸收区4603的调制带宽，实现大于100GHz的调制带宽。
此外，由于耦合波导450的厚度较小，导致Ge吸收区4603的波导有效折射率大于耦合波导450的有效折射率，在倏逝波耦合下，可以将光场绝大部分耦合进Ge吸收区4603中进行探测吸收，因此可以实现很高的光响应度。
在本申请实施例中，Ge吸收区4603与N型轻掺杂区4601的连接宽度、Ge吸收区4603与P型轻掺杂区4604的连接宽度可相同，即Ge吸收区4603的中心轴线与N型轻掺杂区4601、P型轻掺杂区4604的连接处相重合；Ge吸收区4603与N型轻掺杂区4601连接宽度、Ge吸收区4603与P型轻掺杂区4604的连接宽度也可不同，如Ge吸收区4603与N型轻掺杂区4601的连接宽度大于Ge吸收区4603与P型轻掺杂区4604的连接宽度，Ge吸收区4603与N型轻掺杂区4601的连接宽度小于Ge吸收区4603与P型轻掺杂区4604的连接宽度。在本申请实施例中，Ge吸收区4603的宽度很小，可为1微米。
耦合波导450传输的光信号进入PN型掺杂区460的N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604时，引起N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604的电离子移动，在N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604的电离子移动下，Ge吸收区4603吸收耦合波导450传输的光信号，并在Ge吸收区4603内部形成很强的电场强度，同时实现了高调制带宽与高光响应度的功能。
在本申请实施例中，PN型掺杂区460的N型轻掺杂区4601内设置有N型重掺杂区4602，P型轻掺杂区4604内设置有P型重掺杂区4605，N型重掺杂区4602与P型重掺杂区4605均远离Ge吸收区。硅衬底410上还设置有金属电极，该金属电极包括N区金属电极与P区金属电极，N区金属电极与N型重掺杂区4602相接触，P区金属电极与P型重掺杂区4605相接触，从而通过N区金属电极与P区金属电极将电信号传输出去。
基于上述实施例所述的光模块，本申请实施例还提供了一种光模块中硅光芯片的制作方法。图7为本申请实施例提供的一种硅光芯片的制作方法，图8为本申请实施例提供的一种硅光芯片的制作工艺结构图。如图7所示，本申请实施例提供的硅光芯片的制作方法包括：
S100：提供一硅衬底。
如图8所示，将硅衬底410与SiO2层420按照上下层设置在一起，即将SiO2层420置于硅衬底410的上层。具体地，将SiO2沉积于硅衬底410的表面，形成SiO2层420；之后将Si沉积于SiO2层420的表面，形成硅层。可分别采用低温、高温两步化学气相沉积的方法于硅衬底410的表面生长形成SiO2层420，并采用化学气相沉积的方法于SiO2层420的表面生长形成硅层，形成标准厚度的SOI晶圆。其中，SiO2层420、硅层的具体厚度，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
S200：在硅衬底上制作输入波导。
刻蚀硅层，形成输入波导440，且输入波导440的输出端采用拉锥形绝热波导结构。
S300：在输入波导的输入端制作光耦合器、输出端制作耦合波导。
刻蚀形成输入波导440后，在SiO2层420上分别刻蚀光耦合器430与耦合波导450，耦合波导450的一端为条形波导、另一端为方形波导，耦合波导450位于输入波导440下层的SiO2层420上，使得光耦合器430的输出端与输入波导440的输入端连接，输入波导440的输出端与耦合波导450的输入端连接。
S400：在耦合波导上制作P型、N型掺杂区域。
在刻蚀形成的耦合波导450的方形波导区域两侧分别注入N型离子与P型离子，形成N型轻掺杂区4601、N型重掺杂区4602、P型轻掺杂区4604与P型重掺杂区4605，N型重掺杂区4602形成于N型轻掺杂区4601内，P型重掺杂区4605形成于P型轻掺杂区4604内，且N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604可以相连接呈中心对称分布，也可以间隔一定距离，只要能形成PN结构即可。
S500：在P型、N型掺杂区域制作Ge吸收区。
可采用选择性外延生长的方法，在N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604上生长Ge吸收区4603，Ge吸收区4603的横截面形状按照晶体生长角度要求为三角形或梯形，Ge吸收区4603的厚度与宽度可根据实际情况进行设置。
S600：在硅衬底设置N区金属电极与P区金属电极，N区金属电极与N型掺杂区域相接触，P区金属电极与P型掺杂区域相接触。
在SiO2层420表面上沉积第一导电材料，形成N区金属电极470，该N区金属电极470与N型重掺杂区4602相接触；在SiO2层420表面上沉积第二导电材料，形成P区金属电极480，该P区金属电极480与P型重掺杂区4605相接触，以实现电信号传输。
图9为本申请实施例提供的另一种硅光芯片的制作工艺结构图。如图9所示，本申请实施例提供的硅光芯片还可通过另一种制作方法进行加工制作，该制作工艺为：
将SiO2采用化学气相沉积的方法沉积于硅衬底410的表面，形成SiO2层420；之后将Si采用化学气相沉积的方法沉积于SiO2层420的表面，形成硅层；然后在硅层、SiO2层420上刻蚀耦合波导450，耦合波导450的一端为条形波导、另一端为方形波导；然后在方形波导区域两侧分别注入N型离子与P型离子，形成N型轻掺杂区4601、N型重掺杂区4602、P型轻掺杂区4604与P型重掺杂区4605，N型重掺杂区4602形成于N型轻掺杂区4601内，P型重掺杂区4605形成于P型轻掺杂区4604内，且N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604可以相连接呈中心对称分布，也可以间隔一定距离，只要能形成PN结构即可；然后可采用选择性外延生长的方法，在N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604上生长Ge吸收区4603，Ge吸收区4603的横截面形状按照晶体生长角度要求为三角形或梯形；然后在硅层上刻蚀形成输入波导440与光耦合器430，输入波导440的输入端与光耦合器430的输出端连接，输入波导440的输出端采用拉锥形绝热波导结构，且与耦合波导450的条形波导相连接；然后在SiO2层420表面上沉积第一导电材料，形成N区金属电极470，该N区金属电极470与N型重掺杂区4602相接触；在SiO2层420表面上沉积第二导电材料，形成P区金属电极480，该P区金属电极480与P型重掺杂区4605相接触，以实现电信号传输。
本申请实施例提供的光模块基于硅光子集成平台，将输入波导与耦合波导上下层设置，Ge吸收区设置于厚度较小的耦合波导上方，如此可降低Ge吸收区的厚度，提高电子在Ge吸收区内的移动速率，实现高调制带宽的功能；另外，耦合波导的厚度较小导致Ge吸收区的波导有效折射率大于耦合波导的有效折射率，可以将光场绝大部分耦合进Ge吸收区中进行探测吸收，因此可以实现很高的光响应度。本申请通过特殊波导结构和Ge探测器设计，可同时实现高调制带宽和高光响应度，并且无需额外复杂工艺。
图10为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片400的另一结构示意图。如图10所示，为了进一步增加硅光芯片400的稳定性，还可通过Ge探测器双端输入的方式来进一步提高器件光响应度。
具体地，硅光芯片400上设置有光耦合器430、第一输入波导440、第一耦合波导450、第二输入波导490、第二耦合波导4110、PN型掺杂区460、Ge吸收区4603与金属电极，光耦合器430设置于硅光芯片400上硅衬底的一侧，用于将光纤101传输的信号光耦合至硅光芯片400。
第一输入波导440与第二输入波导490对称设置于光耦合器430的两侧，即光耦合器430具有两个输出端，第一输入波导440的输入端与光耦合器430的一输出端连接，第二输入波导490的输入端与光耦合器430的另一输出端连接，如此光耦合器430将接收的信号光一分为二，一束信号光传输至第一输入波导440内，另一束信号光传输至第二输入波导490。
第一输入波导440的输出端采用拉锥形绝热波导结构，与第一耦合波导450的输入端连接，且第一耦合波导450的厚度小于第一输入波导440的厚度；第二输入波导490的输出端采用拉锥形绝热波导结构，与第二耦合波导4110的输入端连接，且第二耦合波导4110的厚度小于第二输入波导490的厚度。
较薄的第一耦合波导450与第二耦合波导4110共用同一方形波导区域，PN型掺杂区460置于该方形波导区域上，该PN型掺杂区460包括N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604，N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604沿光接收光路方向依次设置，且该P型和N型掺杂区域可以相连接呈中心对称分布，也可以间隔一定距离，只要能形成PN结构即可。
Ge吸收区4603设置于N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604上方，且Ge吸收区4603分别与N型轻掺杂区4601、P型轻掺杂区4604电连接，该Ge吸收区4603的横截面形状按照晶体生长角度要求为三角形或梯形，并且降低Ge吸收区4603的宽度，从而能够在N型轻掺杂区4601与P型轻掺杂区4604下，在Ge吸收区4603内部形成很强的电场强度，提高电离子的移动速率，从而实现大于100GHz的调制带宽；此外，由于耦合波导450的厚度较小，导致Ge吸收区4603的波导有效折射率大于耦合波导450的有效折射率，在倏逝波耦合下，可以将光场绝大部分耦合进Ge吸收区4603中进行探测吸收，因此可以实现很高的光响应度。
本申请实施例提供的硅光芯片内Ge探测器采用双端输入的方式对光信号进行探测吸收，如此第一耦合波导450与第二耦合波导4110传输的光信号均耦合进Ge吸收区4603中进行探测吸收，因此可进一步提高光模块的光响应度。
图11为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片400的第三种结构示意图。如图11所示，硅光芯片400内也可集成多个Ge探测器，通过多个输入波导与Ge探测器一一对应连接，从而实现硅光芯片400内多通道光接收光路，同时实现多个波长的高调制带宽和高光响应度。
具体地，本申请实施例提供的光模块包括光纤阵列500，该光纤阵列500可包括四个光纤，硅光芯片400内集成有四个输入波导440与四个Ge探测器，每个光纤的一端与一个输入波导440的输入端连接，输入波导440的输出端与一个Ge探测器连接，从而每个光纤传输的光信号通过输入波导440传输至Ge探测器内，通过Ge探测器将光信号转换为电信号。
本申请实施例提供的硅光芯片集成有多个输入波导与多个Ge探测器，同时实现多个不同光信号的接收，并将多个不同的光信号转换为多个不同的电信号。
需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种光模块，其特征在于，包括：
电路板；
硅光芯片，与所述电路板电连接，用于接收光纤传输的信号光并对所述信号光进行电光转换；
其中，所述硅光芯片包括：
硅衬底；
光耦合器，设置于所述硅衬底上，用于将所述光纤传输的信号光耦合至所述硅光芯片；
输入波导，设置于所述硅衬底上，与所述光耦合器的输出端连接，用于传输所述光耦合器接收的光信号；
耦合波导，设置于所述输入波导下方，与所述输入波导的输出端连接，且其厚度尺寸小于所述输入波导的厚度尺寸，其输入端的宽度尺寸大于所述输入波导输出端的宽度尺寸；用于传输所述输入波导输出的光信号；
PN型掺杂区，设置于所述耦合波导上，与所述耦合波导连接；包括N型轻掺杂区与P型轻掺杂区，所述N型轻掺杂区与所述P型轻掺杂区沿光接收光路方向依次设置，且所述N型轻掺杂区内设置有N型重掺杂区，所述P型轻掺杂区内设置有P型重掺杂区；用于接收所述耦合波导传输的光信号；
Ge吸收区，设置于所述N型轻掺杂区与所述P型轻掺杂区上方，以降低所述Ge吸收区的厚度；分别与所述N型轻掺杂区、所述P型轻掺杂区电连接，且所述N型重掺杂区与所述P型重掺杂区均远离所述Ge吸收区；其波导有效折射率大于所述耦合波导的有效折射率；用于吸收传输的光信号并将所述光信号转换为电信号；
金属电极，设置于所述硅衬底上，包括N区金属电极与P区金属电极，所述N区金属电极与所述N型重掺杂区相接触，所述P区金属电极与所述P型重掺杂区相接触；用于传输所述电信号。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述输入波导的输入端宽度大于其输出端宽度。
3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述输入波导、所述耦合波导连接处的厚度与所述输入波导输入端的厚度相同。
4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述N型轻掺杂区与所述P型轻掺杂区相连接。
5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述Ge吸收区与所述N型轻掺杂区的连接宽度、所述Ge吸收区与所述P型轻掺杂区的连接宽度相同。
6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述Ge吸收区的横截面形状为三角形或梯形。
7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光耦合器为光栅耦合器、端面耦合器。
8.一种硅光芯片的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一硅衬底；
在所述硅衬底上制作输入波导；
在所述输入波导的输入端制作光耦合器、输出端制作耦合波导，所述耦合波导位于所述输入波导的下方，所述耦合波导的厚度尺寸小于所述输入波导的厚度尺寸，且所述耦合波导输入端的宽度尺寸大于所述输入波导输出端的宽度尺寸；
在所述耦合波导上制作P型、N型掺杂区域；
在所述P型、N型掺杂区域制作Ge吸收区，所述Ge吸收区设置于所述P型、N型掺杂区域的上方，所述Ge吸收区分别与所述P型、N型掺杂区域电连接；所述Ge吸收区的波导有效折射率大于所述耦合波导的有效折射率；
在所述硅衬底设置N区金属电极与P区金属电极，所述N区金属电极与所述N型掺杂区域相接触，所述P区金属电极与所述P型掺杂区域相接触。
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