CN115166898A - 一种电光调制集成波导结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电光调制集成波导结构，主要解决现有技术中氮化铝电光调制器调制深度和速率不足的问题。方案为：自下而上包括硅衬底、氧化硅埋层、半导体薄层和波导调制区域；其中，半导体薄层厚度不超过100nm；波导调制区域包括波导、盖层、顶电极和底电极；波导位于半导体薄层的上表面中间位置，并与半导体薄层紧密接触；盖层覆盖在波导和半导体薄层之上；顶电极位于波导的正上方，并与盖层紧密接触；底电极位于波导的一侧。本发明能够有效避免氧化硅介质的过度分压作用，实现电场最大化利用；同时，具有结构工艺简单、成本低廉且兼容性强的特点，可大幅度提高氮化铝电光调制器的性能。
Description
技术领域
本发明属于硅基光子集成回路技术领域，进一步涉及复合光波导结构，具体为一种电压驱动的高速电光调制集成波导结构。可用于波导延迟线、微环调制器、纳米梁谐振腔调制器等器件的制作。
背景技术
光通信技术具备传输距离长、节能环保、传输容量大和通信速度快等优点，已经被广泛应用于现代通信网络中。在光通信技术涉及的核心部件中，电光调制器是一种将电信号加载至光载波上的关键功能器件。对光通信链路，调制器的性能不仅决定了发射光信号的码率、质量和传输距离，而且关系到光模块尺寸和功耗等模块指标。因此，电光调制器是高速光通信链路关键的瓶颈性器件。
传统的硅基以及III-V族磷化铟光调制器主要应用在中短距离通信中，无法满足长距离信号传输要求，相比较而言，基于电光效应的马赫-增德尔(Mach-Zehnder,MZ)调制器，是高速、超长距光通信的重要器件。电光调制器的基础是电光效应，即电光材料的折射率变化量可以通过外加电场的强度进行调节，主要包括基于泡克斯效应的线性电光原理和基于克尔效应的二次电光原理。一般来讲，线性电光效应比二次电光效应的作用效果更为明显，因此实际应用中更多采用线性电光调制器对光波进行调制。
电光晶体，通常是指不具有对称中心结构的各向异性晶体材料，常见的包括铌酸锂(LiNbO3)，钛酸钡(BaTiO3)等晶体材料。氮化铝(AlN)材料，晶格结构属于六方纤锌矿结构，以铝原子为中心，和周围四个氮原子形成一个四面体结构，由于其结构的不对称性，因此具备电光转化特性。除此之外，氮化铝具备极低的传输损耗特性、极宽的通光范围、再极高的导热特性，还具备与硅COMS工艺的完美兼容特性。由于以上优点，氮化铝有望成为光子集成回路中光调制器的重要技术。通常，氮化铝采用磁控溅射等工艺进行制备，通过工艺条件优化，可以在c轴<002>晶向上择优生长，从而获取优异的电光特性。常见的氮化铝波导电光调制器结构，需要将施加的电场方向与氮化铝的c轴方向高度重合，从而实现最佳的调制效果。现有的技术中，为了避免金属电极对波导中传输光场产生较大的吸收，需要采用较厚的低折射率氧化硅材料覆盖在氮化铝材料周围，从而起到既能限制光场，又能隔离金属吸收的作用，但是这样的结构，氧化硅不可避免会分走一部分电压，造成加载到氮化铝电光材料上的电压不足，严重制约氮化铝电光调制器的调制深度和调制速率。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种电光调制集成波导结构，用于解决现有方案中氮化铝调制深度和调制速率不足的问题。通过氮化铝与薄层硅形成的复合波导结构，实现沿氮化铝材料c轴取向方向电场的高效加载，对施加电压的高效利用可大幅度提高氮化铝电光调制器的性能，从而为片上大规模集成的非线性光电子器件提供了一种基础的解决方案。
实现本发明的基本思路：如图1所示，氮化铝波导位于衬底上方，与半导体薄层紧密接触，通过在光波导上方覆盖低折射率的盖层介质材料，实现对光波导中传输光场的限制作用。在氮化铝波导正上方，盖层上方制作顶电极，用于电调制信号的加载，另外在盖层上制作导电通道，并填充金属，制作出金属电极，与半导体薄层实现电学连接。一方面，如图2(a)所示，将半导体薄层的厚度控制在100nm以下，可以实现传输光场的能量集中在氮化铝波导中；另一方面，如图2(b)所示，由于半导体薄层具备导电特性，尤其在电压驱动的结构中，能够有效的将电子输运至介质层的表面。当位于氮化铝波导上方的顶电极与位于氮化铝波导两侧的底电极之间加载电压后，假设顶电极电势高于底电极，那么将会在顶电极与盖层之间聚集大量正电荷，同时在顶硅层与氮化铝波导之间聚集大量负电荷，形成沿c轴，即y轴方向的电场线穿越氮化铝波导内部。由此，依据泡克斯效应的线性电光效应原理，可以实现外加电压对氮化铝波导中传输光场的相位调节，在波导延迟线、MZ调制器、微环调制器、纳米梁谐振腔调制器中有重要的应用前景；基于本发明构建的MZI调制器和微环调制器分别如图14和15所示。
一、技术原理
如图1和图2所示，氮化铝波导本身，由于其禁带宽度较大的原因，可以近似被认为是一种绝缘体材料，通过在氮化铝波导上下两侧分别设置电极结构，可以获得沿c轴方向的电场线，从而保证最大化的激发氮化铝材料的电光特性。作为本发明的核心结构，SOI衬底的顶硅层的作用主要包括：1.与氮化铝波导结构结合形成复合波导，当顶硅层的厚度小于100nm时，大部分的传输光场能量会限制在氮化铝波导结构中；2.充当下电极结构，能够有效的将电荷输运至顶硅层和氮化铝波导的界面处。
二、器件结构
参照图3，根据上述原理，本发明电光调制集成波导结构，自下而上包括：硅衬底1、氧化硅埋层2、半导体薄层3和波导调制区域4；所述半导体薄层3厚度不超过100nm；波导调制区域4位于半导体薄层3的上部，用于对传输光场产生限制的作用，同时具备对光场实现电光调制的功能；该波导调制区域4，包括波导41、盖层42、顶电极43和底电极442；其中波导41位于半导体薄层3的上表面，并与半导体薄层3紧密接触；盖层42覆盖在波导41和半导体薄层3上表面的中间位置；顶电极43位于波导41的正上方，并与盖层42紧密接触；底电极44位于波导41的一侧。
进一步，上述半导体薄层3，其材料为硅、锗、砷化镓、磷化铟、石墨烯半导体材料中的任意一种，电阻率覆盖0.0001～1000欧姆·厘米；采用的硅材料为单晶或者多晶均可。
进一步，上述波导41，由氮化铝411和掺杂氮化铝412中的任意一种或者两种上下组合而成；掺杂氮化铝412中的掺杂元素为钪Sc，化学式为Al1-xScxN，其中x表示占据的比例，该x取值范围为0～50％。
进一步，上述盖层42，为电绝缘材料；包括氧化硅、氧化铝、氮化硅薄膜。
进一步，上述顶电极43由顶电极金属镀层431单独构成，或者由顶电极金属镀层431与粘附层432按照如下方式组合而成：顶电极金属镀层431覆盖在粘附层432的之上，粘附层432与盖层42紧密接触。
进一步，上述底电极44至少为1个，其包括导电通道451和底电极金属镀层452，导电通道451内嵌于氧化硅盖层42中，并与半导体薄层3电学接触，底电极金属镀层452覆盖在导电通道451上部。
进一步，上述波导调制区域4通过在顶电极43和底电极44之间施加电信号来改变波导41的折射率，用于实现相位调制功能。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
第一，由于本发明采用具备导电性半导体薄层，通过将电光晶体波导结构直接制作在半导体薄层上，从而避免了氧化硅介质的过度分压作用，实现了电场的最大化利用；相比现有技术，本发明的电光调谐效率更为优异。
第二，本发明提出的集成波导结构工艺简单，成本优势明显，且与现有的CMOS半导体加工工艺兼容性强，适用范围广阔，具备量产特性。
附图说明
图1是本发明的技术方案原理示意图；
图2是本发明的仿真结果示意图，其中：(a)为光场分布图，(b)为电势和电场分布图；
图3是本发明的整体结构示意图；
图4是本发明中的波导调制区域结构示意图；
图5是本发明中的顶电极结构示意图；
图6是本发明中的底电极结构示意图；
图7是本发明实施例一中的结构示意图；
图8是本发明实施例二中的结构示意图；
图9是本发明实施例三中的结构示意图；
图10是本发明实施例四中的结构示意图；
图11是本发明实施例五中的结构示意图；
图12是本发明实施例六中的结构示意图；
图13是本发明实施例七中的结构示意图；
图14是基于本发明中电光调制集成波导所构建的MZI调制器示意图；
图15是基于本发明中电光调制集成波导所构建的微环调制器示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
参照附图3-6，本发明提出的一种电光调制集成波导结构，自下而上包括：硅衬底1、氧化硅埋层2、半导体薄层3和波导调制区域4；
半导体薄层3厚度不超过100nm；其材料为硅、锗、砷化镓、磷化铟、石墨烯半导体材料中的任意一种，电阻率覆盖0.0001～1000欧姆·厘米；采用的硅材料为单晶或者多晶均可。
波导调制区域4结构如图4所示，位于半导体薄层3的上部，一般位于半导体薄层3的上表面中间位置，用于对传输光场产生限制的作用，同时具备对光场实现电光调制的功能；该波导调制区域4包括波导41、盖层42、顶电极43和底电极442。其中，波导41位于半导体薄层3的上表面，并与半导体薄层3紧密接触；这里的波导41由氮化铝411和掺杂氮化铝412中的任意一种构成或者两种上下放置组合而成，其中掺杂氮化铝412中的掺杂元素为钪Sc，化学式为Al1-xScxN，占据比例x取为0～50％。盖层42覆盖在波导41和半导体薄层3之上；盖层42为电绝缘材料，可采用氧化硅、氧化铝或氮化硅薄膜等。顶电极43位于波导41的正上方，并与盖层42紧密接触；这里的顶电极43是由顶电极金属镀层431单独构成，也可以是由顶电极金属镀层431与粘附层432按照如下方式组合而成：顶电极金属镀层431覆盖在粘附层432的之上，粘附层432与盖层42紧密接触。底电极44位于波导41的一侧，该底电极44至少为1个，其包括导电通道451和底电极金属镀层452，导电通道451内嵌于氧化硅盖层42中，并与半导体薄层3电学接触，底电极金属镀层452覆盖在导电通道451上部。上述波导调制区域4通过在顶电极43和底电极44之间施加电信号来改变波导41的折射率，用于实现相位调制功能。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例中，底电极为2个，分别位于氮化铝波导的左侧和右侧；半导体薄层采用硅薄层。
实施例一：
参照图7，本实施例中，本发明提出的一种电光调制集成波导结构，自下而上包括硅衬底1、氧化硅埋层2、硅薄层3和波导调制区域4。其中，波导调制区域4位于硅薄层3的上部，用于对传输光场产生限制的作用，同时具备对光场实现电光调制的功能。该波导调制区域4包括氮化铝波导41、氧化硅盖层42、顶电极43、底电极44。其中氮化铝波导41位于硅薄层3的上部，并与硅薄层3紧密接触；氧化硅盖层42覆盖在氮化铝波导41和硅薄层3的上面；顶电极43位于氮化铝波导41的正上方，并与氧化硅盖层42紧密接触；底电极44位于氮化铝波导41的一侧。其中顶电极43包括顶电极金属镀层431，该顶电极金属镀层431与氧化硅盖层42紧密接触；其中底电极44包括底电极金属镀层441和导电通道442，导电通道442内嵌入氧化硅盖层42中，并与硅薄层3电学接触，底电极金属镀层441覆盖在导电通道442上部。
实施例二：
参照图8，本实施例中，本发明提出的一种电光调制集成波导结构，自下而上包括硅衬底1、氧化硅埋层2、硅薄层3和波导调制区域4。其中，波导调制区域4位于硅薄层3的上部，用于对传输光场产生限制的作用，同时具备对光场实现电光调制的功能。该波导调制区域4包括氮化铝波导41、氧化硅盖层42、顶电极43、底电极44。其中氮化铝波导41位于硅薄层3的上部，并与硅薄层3紧密接触；氧化硅盖层42覆盖在氮化铝波导41和硅薄层3的上面；顶电极43位于氮化铝波导41的正上方，并与氧化硅盖层42紧密接触；底电极44位于氮化铝波导41的一侧。其中顶电极43包括顶电极金属镀层431和粘附层432，顶电极金属镀层431位于粘附层的上部，粘附层432与氧化硅盖层42紧密接触；其中底电极44包括底电极金属镀层441和导电通道442，导电通道442内嵌入氧化硅盖层42中，并与硅薄层3电学接触，底电极金属镀层441覆盖在导电通道442上部。
实施例三：
参照图9，本实施例中，本发明提出的一种电光调制集成波导结构，自下而上包括硅衬底1、氧化硅埋层2、硅薄层3和波导调制区域4，本实施例对半导体薄层3采用硅薄层。其中，波导调制区域4位于硅薄层3的上部，用于对传输光场产生限制的作用，同时具备对光场实现电光调制的功能。该波导调制区域4包括氮化铝波导41、氧化硅盖层42、顶电极43、底电极44。其中氮化铝波导41位于硅薄层3的上部，并与硅薄层3紧密接触；氧化硅盖层42覆盖在氮化铝波导41和硅薄层3的上面；顶电极43位于氮化铝波导41的正上方，并与氧化硅盖层42紧密接触；底电极44位于氮化铝波导41的一侧。其中顶电极43包括顶电极金属镀层431，该顶电极金属镀层431与氧化硅盖层42紧密接触；其中底电极44包括底电极金属镀层441，底电极金属镀层441与硅薄层3电学接触。
实施例四：
参照图10，本实施例中，本发明提出的一种电光调制集成波导结构，自下而上包括硅衬底1、氧化硅埋层2、硅薄层3和波导调制区域4。其中，波导调制区域4位于硅薄层3的上部，用于对传输光场产生限制的作用，同时具备对光场实现电光调制的功能。其中，波导调制区域4包括氮化铝波导41、顶电极43、底电极44。其中氮化铝波导41位于硅薄层3的上部，并与硅薄层3紧密接触；顶电极43位于氮化铝波导41的正上方，并与氧化硅盖层42紧密接触；底电极44位于氮化铝波导41的一侧。其中顶电极43包括顶电极金属镀层431，该顶电极金属镀层431与氮化铝波导41紧密接触；其中底电极44包括底电极金属镀层441，底电极金属镀层441与硅薄层3电学接触。
实施例五：
参照图11，本实施例中，本发明提出的一种电光调制集成波导结构，自下而上包括硅衬底1、氧化硅埋层2、硅薄层3和波导调制区域4。其中，波导调制区域4位于硅薄层3的上部，用于对传输光场产生限制的作用，同时具备对光场实现电光调制的功能。其中，波导调制区域4包括掺钪氮化铝波导41、氧化硅盖层42、顶电极43、底电极44。其中掺钪氮化铝波导41位于硅薄层3的上部，并与硅薄层3紧密接触；氧化硅盖层42覆盖在掺钪氮化铝波导41和硅薄层3的上面；顶电极43位于掺钪氮化铝波导41的正上方，并与氧化硅盖层42紧密接触；底电极44位于掺钪氮化铝波导41的一侧。其中顶电极43包括顶电极金属镀层431，该顶电极金属镀层431与氧化硅盖层42紧密接触；其中底电极44包括底电极金属镀层441和导电通道442，导电通道442内嵌入氧化硅盖层42中，并与硅薄层3电学接触；底电极金属镀层441覆盖在导电通道442上部。
实施例六：
参照图12，本实施例中，本发明提出的一种电光调制集成波导结构，自下而上包括硅衬底1、氧化硅埋层2、硅薄层3和波导调制区域4。其中，波导调制区域4位于硅薄层3的上部，用于对传输光场产生限制的作用，同时具备对光场实现电光调制的功能。其中，波导调制区域4包括波导41、氧化硅盖层42、顶电极43、底电极44。其中波导41位于硅薄层3的上部，并与硅薄层3紧密接触；波导41包括氮化铝411和掺钪氮化铝412，氮化铝412位于掺钪氮化铝411的上部，掺钪氮化铝411与硅薄层紧密接触；氧化硅盖层42覆盖在掺钪氮化铝波导41和硅薄层3的上面；顶电极43位于掺钪氮化铝波导41的正上方，并与氧化硅盖层42紧密接触；底电极44位于掺钪氮化铝波导41的一侧。其中顶电极43包括顶电极金属镀层431，该顶电极金属镀层431与氧化硅盖层42紧密接触；其中底电极44包括底电极金属镀层441和导电通道442，导电通道442内嵌入氧化硅盖层42中，并与硅薄层3电学接触；底电极金属镀层441覆盖在导电通道442上部。
实施例七：
参照图13，本实施例中，本发明提出的一种电光调制集成波导结构，自下而上包括硅衬底1、氧化硅埋层2、硅薄层3和波导调制区域4。其中，波导调制区域4位于硅薄层3的上部，用于对传输光场产生限制的作用，同时具备对光场实现电光调制的功能。其中，波导调制区域4包括波导41、氧化硅盖层42、顶电极43、底电极44。其中波导41位于硅薄层3的上部，并与硅薄层3紧密接触；波导41包括氮化铝411和掺钪氮化铝412，掺钪氮化铝411位于氮化铝412的上部，氮化铝412与硅薄层紧密接触；氧化硅盖层42覆盖在掺钪氮化铝波导41和硅薄层3的上面；顶电极43位于掺钪氮化铝波导41的正上方，并与氧化硅盖层42紧密接触；底电极44位于掺钪氮化铝波导41的一侧。其中顶电极43包括顶电极金属镀层431，该顶电极金属镀层431与氧化硅盖层42紧密接触；其中底电极44包括底电极金属镀层441和导电通道442，导电通道442内嵌入氧化硅盖层42中，并与硅薄层3电学接触；底电极金属镀层441覆盖在导电通道442上部。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电光调制集成波导结构，其特征在于，自下而上包括：硅衬底(1)、氧化硅埋层(2)、半导体薄层(3)和波导调制区域(4)；
所述半导体薄层(3)厚度不超过100nm；
所述波导调制区域(4)，包括波导(41)、盖层(42)、顶电极(43)和底电极(44)；其中波导(41)位于半导体薄层(3)的上表面中间位置，并与半导体薄层(3)紧密接触；盖层(42)覆盖在波导(41)和半导体薄层(3)之上；顶电极(43)位于波导(41)的正上方，并与盖层(42)紧密接触；底电极(44)位于波导(41)的一侧。
2.根据权利要求1所述的电光调制集成波导结构，其特征在于：所述半导体薄层(3)，其材料为硅、锗、砷化镓、磷化铟、石墨烯半导体材料中的任意一种，电阻率覆盖0.0001～1000欧姆·厘米。
3.根据权利要求2所述的电光调制集成波导结构，其特征在于：所述半导体薄层(3)，采用的材料为硅时，该硅材料为单晶或者多晶均可。
4.根据权利要求1所述的电光调制集成波导结构，其特征在于：所述波导(41)，由氮化铝(411)和掺杂氮化铝(412)中的任意一种或者两种上下组合而成。
5.根据权利要求4所述的电光调制集成波导结构，其特征在于：所述掺杂氮化铝(412)中的掺杂元素为钪Sc，化学式为Al1-xScxN，其中x表示占据的比例，该x取值范围为0～50％。
6.根据权利要求1所述的电光调制集成波导结构，其特征在于：所述盖层(42)，为电绝缘材料。
7.根据权利要求6所述的电光调制集成波导结构，其特征在于：所述电绝缘材料，包括氧化硅、氧化铝、氮化硅薄膜。
8.根据权利要求1所述的电光调制集成波导结构，其特征在于：所述顶电极(43)由顶电极金属镀层(431)单独构成，或者由顶电极金属镀层(431)与粘附层(432)按照如下方式组合而成：顶电极金属镀层(431)覆盖在粘附层(432)的之上，粘附层(432)与盖层(42)紧密接触。
9.根据权利要求1所述的电光调制集成波导结构，其特征在于：所述底电极(44)至少为1个，其包括导电通道(442)和底电极金属镀层(441)，导电通道(442)内嵌于氧化硅盖层(42)中，并与半导体薄层(3)电学接触，底电极金属镀层(441)覆盖在导电通道(442)上部。
10.根据权利要求1所述的电光调制集成波导结构，其特征在于：所述波导调制区域(4)通过在顶电极(43)和底电极(44)之间施加电信号来改变波导(41)的折射率，用于实现相位调制功能。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117199155A (zh) * | 2023-11-06 | 2023-12-08 | 杭州特洛伊光电技术有限公司 | 一种波导型可见光及近红外光探测器结构与制备方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013228475A (ja) * | 2012-04-24 | 2013-11-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光変調導波路 |
| CN105388638A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-03-09 | 上海交通大学 | 一种硅波导热光调节结构 |
| CN106200017A (zh) * | 2016-08-25 | 2016-12-07 | 东南大学 | 一种基于超薄金属纳米粒子的超紧凑石墨烯电光调制器 |
| CN107843957A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-03-27 | 上海理工大学 | 氮化硅‑铌酸锂异质集成波导器件结构及制备方法 |
| US20180120422A1 (en) * | 2016-11-03 | 2018-05-03 | Quanergy Systems, Inc. | Low cost and compact optical phased array with electro-optic beam steering |
| CN110865470A (zh) * | 2018-08-27 | 2020-03-06 | 日本朗美通株式会社 | 电光波导元件以及光模块 |
| US20200158949A1 (en) * | 2018-11-21 | 2020-05-21 | Cisco Technology, Inc. | Electro-optic modulator with monocrystalline semiconductor waveguides |
| CN111880267A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-11-03 | 兰州大学 | 基于氮化硅辅助的铌酸锂薄膜波导的全集成光学收发系统 |
| CN113176675A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-07-27 | 中国科学院微电子研究所 | 一种硅基电光调制器及其制备方法 |
| CN114400236A (zh) * | 2022-01-16 | 2022-04-26 | Nano科技(北京)有限公司 | 集成硅光调制器和锗硅探测器的硅光集成芯片及制备方法 |
| WO2022088180A1 (zh) * | 2020-11-02 | 2022-05-05 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 一种移相器、光相控阵以及光相控阵的制备方法 |
-
2022
- 2022-07-21 CN CN202210864388.4A patent/CN115166898B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013228475A (ja) * | 2012-04-24 | 2013-11-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光変調導波路 |
| CN105388638A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-03-09 | 上海交通大学 | 一种硅波导热光调节结构 |
| CN106200017A (zh) * | 2016-08-25 | 2016-12-07 | 东南大学 | 一种基于超薄金属纳米粒子的超紧凑石墨烯电光调制器 |
| US20180120422A1 (en) * | 2016-11-03 | 2018-05-03 | Quanergy Systems, Inc. | Low cost and compact optical phased array with electro-optic beam steering |
| CN107843957A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-03-27 | 上海理工大学 | 氮化硅‑铌酸锂异质集成波导器件结构及制备方法 |
| CN110865470A (zh) * | 2018-08-27 | 2020-03-06 | 日本朗美通株式会社 | 电光波导元件以及光模块 |
| US20200158949A1 (en) * | 2018-11-21 | 2020-05-21 | Cisco Technology, Inc. | Electro-optic modulator with monocrystalline semiconductor waveguides |
| CN111880267A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-11-03 | 兰州大学 | 基于氮化硅辅助的铌酸锂薄膜波导的全集成光学收发系统 |
| WO2022088180A1 (zh) * | 2020-11-02 | 2022-05-05 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 一种移相器、光相控阵以及光相控阵的制备方法 |
| CN113176675A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-07-27 | 中国科学院微电子研究所 | 一种硅基电光调制器及其制备方法 |
| CN114400236A (zh) * | 2022-01-16 | 2022-04-26 | Nano科技(北京)有限公司 | 集成硅光调制器和锗硅探测器的硅光集成芯片及制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117199155A (zh) * | 2023-11-06 | 2023-12-08 | 杭州特洛伊光电技术有限公司 | 一种波导型可见光及近红外光探测器结构与制备方法 |
| CN117199155B (zh) * | 2023-11-06 | 2024-02-13 | 杭州特洛伊光电技术有限公司 | 一种波导型可见光及近红外光探测器结构与制备方法 |
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